Istraživanje genetskog koda. Univerzalni genetski kod

GENETIČKI KOD, sustav za bilježenje nasljednih informacija u obliku niza nukleotidnih baza u molekulama DNA (kod nekih virusa – RNA), koji određuje primarnu strukturu (mještaj aminokiselinskih ostataka) u molekulama proteina (polipeptida). Problem genetskog koda formuliran je nakon dokazivanja genetske uloge DNA (američki mikrobiolozi O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944.) i dešifriranja njezine strukture (J. Watson, F. Crick, 1953.), nakon utvrđivanja da geni određuju strukturu i funkcije enzima (načelo “jedan gen - jedan enzim” J. Beadlea i E. Tatema, 1941.) te da postoji ovisnost prostorne strukture i aktivnosti proteina o njegovoj primarnoj strukturi. (F. Sanger, 1955). Pitanje kako kombinacije 4 baze nukleinskih kiselina određuju izmjenu 20 zajedničkih aminokiselinskih ostataka u polipeptidima prvi je postavio G. Gamow 1954. godine.

Na temelju pokusa u kojem su proučavali interakcije insercija i delecija para nukleotida u jednom od gena bakteriofaga T4, F. Crick i drugi znanstvenici 1961. godine utvrdili su opća svojstva genetskog koda: trostrukost, tj. svaki aminokiselinski ostatak u polipeptidnom lancu odgovara skupu od tri baze (triplet ili kodon) u DNA gena; kodoni unutar gena čitaju se iz fiksne točke, u jednom smjeru i “bez zareza”, odnosno kodoni nisu međusobno odvojeni nikakvim predznakom; degeneracija, odnosno redundantnost – isti aminokiselinski ostatak može biti kodiran s nekoliko kodona (sinonimni kodoni). Autori su pretpostavili da se kodoni ne preklapaju (svaka baza pripada samo jednom kodonu). Izravna studija sposobnosti kodiranja trojki nastavljena je korištenjem sustava za sintezu proteina bez stanica pod kontrolom sintetičke glasničke RNA (mRNA). Do 1965. genetski kod je u potpunosti dešifriran u djelima S. Ochoa, M. Nirenberg i H. G. Korana. Razotkrivanje tajni genetskog koda jedno je od izvanrednih postignuća biologije u 20. stoljeću.

Implementacija genetskog koda u stanici odvija se tijekom dva matrična procesa - transkripcije i translacije. Posrednik između gena i proteina je mRNA, koja nastaje tijekom transkripcije na jednom od lanaca DNA. U ovom slučaju, sekvenca baza DNA, koja nosi informaciju o primarnoj strukturi proteina, "prepisuje se" u obliku sekvence baza mRNA. Zatim, tijekom translacije na ribosomima, nukleotidna sekvenca mRNA čita se prijenosnom RNA (tRNA). Potonji imaju akceptorski kraj, na koji je vezan aminokiselinski ostatak, i adapterski kraj, ili triplet antikodona, koji prepoznaje odgovarajući kodon mRNA. Međudjelovanje kodona i antikodona događa se na temelju komplementarnog sparivanja baza: adenin (A) - uracil (U), gvanin (G) - citozin (C); u ovom slučaju, sekvenca baza mRNA se prevodi u sekvencu aminokiselina sintetiziranog proteina. Različiti organizmi koriste različite sinonimne kodone s različitim frekvencijama za istu aminokiselinu. Čitanje mRNA koja kodira polipeptidni lanac počinje (počinje) s AUG kodonom koji odgovara aminokiselini metioninu. Rjeđe, kod prokariota, inicijacijski kodoni su GUG (valin), UUG (leucin), AUU (izoleucin), a kod eukariota - UUG (leucin), AUA (izoleucin), ACG (treonin), CUG (leucin). Ovo postavlja takozvani okvir ili fazu čitanja tijekom translacije, to jest, tada se cijela nukleotidna sekvenca mRNA čita triplet po triplet tRNA sve dok se na bilo kojem od tri terminator kodona, često nazivanih stop kodonima, ne naiđe na mRNA: UAA, UAG, UGA (tablica). Čitanje ovih tripleta dovodi do završetka sinteze polipeptidnog lanca.

AUG i stop kodoni pojavljuju se na početku i kraju područja mRNA koja kodiraju polipeptide.

Genetski kod je kvazi-univerzalan. To znači da postoje male varijacije u značenju nekih kodona između objekata, a to se primarno odnosi na terminatorske kodone, što može biti značajno; na primjer, u mitohondrijima nekih eukariota i mikoplazmi, UGA kodira triptofan. Osim toga, u nekim mRNA bakterija i eukariota, UGA kodira neobičnu aminokiselinu - selenocistein, a UAG u jednoj od arhebakterija - pirolizin.

Postoji gledište prema kojem je genetski kod nastao slučajno (hipoteza "zamrznute slučajnosti"). Vjerojatnije je da je evoluirao. Ovu pretpostavku podupire postojanje jednostavnije i, očito, starije verzije koda, koji se čita u mitohondrijima prema pravilu "dvije od tri", kada aminokiselinu određuju samo dvije od tri baze u trojki.

Lit.: Crick F. N. a. O. Opća priroda genetskog koda za proteine ​​// Nature. 1961. sv. 192; Genetski kod. N.Y., 1966.; Ichas M. Biološki kod. M., 1971.; Inge-Vechtomov S.G. Kako se čita genetski kod: pravila i iznimke // Moderna prirodna znanost. M., 2000. T. 8; Ratner V. A. Genetski kod kao sustav // Soros Educational Journal. 2000. T. 6. br. 3.

S. G. Inge-Vechtomov.

1. Kod je triplet.

2. Kod je degeneriran.

3. Šifra je nedvosmislena.

4. Kod je kolinearan.

5. Kod se ne preklapa.

6. Šifra je univerzalna.

1) Kod je triplet. 3 susjedna nukleotida nose informaciju o jednom proteinu. Takvih tripleta može biti 64 (ovo pokazuje redundantnost genetskog koda), ali samo 61 od njih nosi informaciju o proteinu (kodonima). 3 tripleta nazivaju se antikodoni i signali su zaustavljanja kod kojih se sinteza proteina zaustavlja.

2) Kod je degeneriran. Nekoliko kodona može kodirati jednu aminokiselinu.

3) Šifra je jasna. Svaki kodon kodira samo jednu aminokiselinu.

4) Kod je kolinearan. slijed nukleotida u genu odgovara slijedu aminokiselina u proteinu.

5) Kod se ne poništava. Isti nukleotid ne može biti dio dva različita kodona, čitanje se odvija kontinuirano, u nizu, do stop kodona. U kodu nema "interpunkcijskih znakova".

6) Šifra je univerzalna. Isto za sva živa bića, tj. isti triplet kodira istu aminokiselinu.

61. U kojim slučajevima promjena nukleotidnog slijeda u genu ne utječe na strukturu i funkciju kodirajućeg proteina?

1) ako se kao rezultat zamjene nukleotida pojavi drugi kodon koji kodira istu aminokiselinu;

2) ako kodon nastao kao rezultat zamjene nukleotida kodira drugu aminokiselinu, ali sličnih kemijskih svojstava koja ne mijenja strukturu proteina;

3) ako dođe do promjena nukleotida u intergenskim ili nefunkcionalnim regijama DNA.

№62. replikacija DNK.

Kratka recenzija:

Replikacija- proces sinteze molekule kćeri deoksiribonukleinske kiseline na matrici roditeljske molekule DNA. Tijekom naknadne diobe stanice majke, svaka stanica kćer dobiva jednu kopiju molekule DNK koja je identična DNK izvorne stanice majke. Ovaj proces osigurava da se genetske informacije točno prenose s generacije na generaciju. Replikaciju DNA provodi složeni enzimski kompleks koji se sastoji od 15-20 različitih proteina, nazvanih replisom.

U trenutku diobe, DNK se mora replicirati u potpunosti i samo jednom. Replikacija se odvija u tri faze:

1. Inicijacija replikacije (DNA polimeraza započinje replikaciju DNA vežući se za segment nukleotidnog lanca. Na određenom mjestu (točka podrijetla replikacije) dolazi do lokalne denaturacije DNA, lanci se razilaze i formiraju se dvije replikacijske vilice, krećući se u suprotnim smjerovima.).

2. Elongacija (faza u biosintezi molekula nukleinske kiseline, koja se sastoji od uzastopnog dodavanja monomera (nukleotida) rastućem lancu DNA).

3. Prekid replikacije (završna faza nastupa u trenutku kada se prazne sekcije popune nukleotidima između Okazakijevih fragmenata).

Glavni dio:

Budući da je DNK molekula nasljeđa, da bi ostvarila tu kvalitetu, mora se točno kopirati i tako sačuvati sve informacije dostupne u izvornoj molekuli DNK u obliku specifičnog niza nukleotida. To se postiže posebnim procesom koji prethodi diobi bilo koje stanice u tijelu, a koji se naziva replikacija DNA – proces sinteze molekule kćeri deoksiribonukleinske kiseline na matrici roditeljske molekule DNA.

Replikacija DNK odvija se u tri faze:

1. Inicijacija. Leži u činjenici da posebni enzimi - DNA helikaze, koji odmotavaju dvolančanu spiralu DNA, razbijaju slabe vodikove veze koje povezuju nukleotide dvaju lanaca. Zbog toga se niti DNA razdvajaju, a slobodne dušične baze “strše” iz svake niti (pojava tzv. replikacijske vilice).

2. Elongacija(faza biosinteze molekula nukleinske kiseline, koja se sastoji od sekvencijalnog dodavanja monomera (nukleotida) rastućem lancu DNA). Svaki od dva lanca DNK služi kao predložak za sintezu novog lanca. Budući da su roditeljski lanci antiparalelni, kontinuirana replikacija DNA događa se samo na jednom lancu, koji se naziva vodeći lanac. Poseban enzim, DNA polimeraza, počinje se kretati duž slobodnog DNA lanca od 5" do 3" kraja, pomažući pričvrstiti slobodne nukleotide, koji se stalno sintetiziraju u stanici, na 3" kraj novosintetiziranog DNA lanca. sinteza novog lanca na lancu koji zaostaje zahtijeva stalno stvaranje novih početnica (tzv. početnica - kratki fragmenti nukleinske kiseline koje koristi DNA - polimeraze za početak sinteze DNA) za početak replikacije i provodi se u malim segmentima od po 1000-2000 nukleotida (Okazakijevi fragmenti). Sjemenke se razgrađuju nakon što je završena sinteza sljedećeg Okazakijevog fragmenta. Nastali susjedni fragmenti DNA spojeni su pomoću DNA ligaze. Topoizomeraza uklanja superzavoje spirale, helikaza osigurava odmotavanje dvostruke spirale, a SSB protein osigurava stabilnost jednolančane DNA.

3. Završetak (završetak) replikacije događa se kada se praznine između Okazakijevih fragmenata popune nukleotidima (uz sudjelovanje DNA ligaze) da nastanu dva kontinuirana dvostruka lanca DNA i kada se spoje dvije replikacijske vilice. Zatim se sintetizirana DNK uvija u obliku superheliksa.

63. Opišite slijed procesa koji se odvijaju tijekom replikacije DNA u eukariota

Mehanizmi replikacije DNA prokariota i eukariota značajno se razlikuju po tome što u drugom slučaju sintezu vodećih i zaostalih lanaca DNA provode različite DNA polimeraze (alfa odnosno delta), dok su u E. coli oba lanca DNA sintetizira dimer DNA polimeraze III. DNA polimeraza alfa inicira sintezu vodećeg lanca na početku replikacije, a DNA polimeraza delta provodi cikličku ponovnu inicijaciju sinteze Okazakijevih fragmenata, očito prepoznajući prisutnost 5"-terminalnog nukleotida sljedeće početnice s kasnijom disocijacijom od predložak DNA i vezanje na njega za ponovno pokretanje sinteze sljedećeg Okazakijevog fragmenta.

Sazrijevanje Okazakijevih fragmenata u eukariota zahtijeva uklanjanje RNA početnica pomoću 5"->3" egzonukleaze (proteinski faktori FEN-1 ili MF-1) i RNaze H1, kao i kovalentnu vezu fragmenata međusobno pod djelovanjem DNA ligaze ja

Trenutno nije poznato što točno služi kao okidač za početak replikacije DNA u S fazi. Inicijacijski događaj, nakon kojeg počinje sinteza DNA, događa se na određenim mjestima koja se nazivaju "replikacijske vilice". Tijekom S faze, klasteri replikacijskih vilica aktiviraju se istovremeno na svim kromosomima.

Položaj ishodišta replikacije u genima može imati važan biološki značaj. Činjenica da kod brojnih životinjskih virusa replikacija počinje na specifičnim mjestima u genomu sugerira da su ishodišta replikacije specijalizirane sekvence u kromosomskoj DNA. Prosječna udaljenost između ishodišta replikacije usporediva je s prosječnom udaljenošću između susjednih kromatinskih petlji. Stoga je moguće da postoji samo jedno podrijetlo replikacije u svakoj petlji.

Kada se dvije replikacijske vilice odvajaju od istog ishodišta replikacije, na suprotnim stranama ove točke, matični nukleosomi završit će u različitim spiralama DNK kćeri. U ovom slučaju, točna lokacija početka replikacije u transkripcijskoj jedinici odredit će distribuciju već postojećih roditeljskih histona između dva gena kćeri. Nisu svi nukleosomi potpuno isti - struktura kromatina je različita u različitim područjima genetskog materijala. Točan položaj početka replikacije u genu bi stoga mogao imati važno biološko značenje, jer bi odredio strukturu kromatina tog gena u sljedećoj generaciji stanica.

Okidač replikacije DNK jasno djeluje na principu sve ili ništa, budući da se replikacija DNK, koja počinje u S fazi, nastavlja dok se proces ne završi. Sve ili ništa kontrola procesa replikacije može se postići na najmanje dva različita načina:

1) neki opći sustav može specifično prepoznati svaku kromosomsku vrpcu, dekondenzirati je i time učiniti sva ishodišta replikacije istovremeno dostupnima proteinima odgovornim za stvaranje replikacijskih mjehurića;

2) replikacijski proteini mogu prepoznati samo nekoliko ishodišta replikacije iz danog skupa, nakon čega će lokalna replikacija koja je započela promijeniti strukturu ostatka kromatina replikacijske jedinice na takav način da replikacija na svim drugim izvorima postane moguća.

Moguće je da je kritična točka u lancu događaja koji pokreće replikaciju DNA postizanje određene faze u procesu duplikacije centriola, koji djeluje i kao dio važnog središta za organiziranje mikrotubula usko povezanog s interfaznom jezgrom i kao komponenta svakog od polova vretena tijekom mitoze. Čini se da se centriol duplicira postupkom predloška jednom po staničnom ciklusu (Slika 11-19).

Također još nije poznato što određuje fiksni slijed replikacije kromosomskih vrpci. Za objašnjenje ovog slijeda predložene su dvije hipoteze. Prema jednom od njih, različiti replikativni proteini, od kojih je svaki specifičan za kromosomske trake određenog tipa, sintetiziraju se u S fazi u različito vrijeme. Prema drugoj hipotezi, koja se sada čini vjerojatnijom, replikativni proteini jednostavno djeluju na one dijelove DNK koji su im dostupniji; na primjer, tijekom S faze može doći do kontinuirane dekondenzacije kromosoma i jedna po jedna kromosomska vrpca postaje dostupna replikacijskim proteinima.

Vodeći znanstveni časopis Priroda izvijestio je o otkriću drugog genetskog koda - svojevrsnog "koda unutar koda" koji su nedavno provalili molekularni biolozi i računalni programeri. Štoviše, da bi ga identificirali, nisu koristili evolucijsku teoriju, već informacijsku tehnologiju.

Novi kod se zove Kod za spajanje. Nalazi se unutar DNK. Taj kod kontrolira temeljni genetski kod na vrlo složen, ali predvidljiv način. Kod spajanja kontrolira kako i kada se sastavljaju geni i regulatorni elementi. Razotkrivanje ovog koda unutar koda pomaže rasvijetliti neke od dugogodišnjih misterija genetike koje su isplivale na površinu od Projekta sekvenciranja ljudskog genoma. Jedna od tih misterija bila je zašto u tako složenom organizmu kao što je čovjek postoji samo 20 000 gena? (Znanstvenici su očekivali da će pronaći mnogo više.) Zašto su geni razbijeni u segmente (egzone), koji su odvojeni nekodirajućim elementima (intronima), a zatim spojeni (tj. spojeni) nakon transkripcije? I zašto se geni uključuju u nekim stanicama i tkivima, ali ne i u drugim? Već dva desetljeća molekularni biolozi pokušavaju razjasniti mehanizme genetske regulacije. Ovaj članak donosi vrlo važnu točku u razumijevanju onoga što se zapravo događa. Ne odgovara na sva pitanja, ali pokazuje da interni kod postoji. Ovaj kod je sustav prijenosa informacija koji se može toliko jasno dešifrirati da znanstvenici mogu predvidjeti kako bi se genom mogao ponašati u određenim situacijama i to s neobjašnjivom preciznošću.

Zamislite da u susjednoj sobi čujete orkestar. Otvorite vrata, pogledate unutra i vidite tri ili četiri glazbenika kako sviraju glazbene instrumente u sobi. Ovako izgleda ljudski genom, kaže Brandon Frey, koji je pomogao razbiti šifru. On kaže: “Mogli smo otkriti samo 20.000 gena, ali smo znali da oni čine ogroman broj proteinskih proizvoda i regulatornih elemenata. Kako? Jedna metoda se zove alternativno spajanje.". Različiti egzoni (dijelovi gena) mogu se sastaviti na različite načine. "Na primjer, tri gena za protein neurexin mogu stvoriti više od 3000 genetskih poruka koje pomažu u kontroli ožičenja mozga.", kaže Frey. U članku se također kaže da znanstvenici znaju da je 95% naših gena alternativno spojeno, au većini slučajeva transkripti (molekule RNK nastale kao rezultat transkripcije) se različito izražavaju u različitim vrstama stanica i tkiva. Mora postojati nešto što kontrolira kako se ove tisuće kombinacija sklapaju i izražavaju. Ovo je zadatak Kodeksa spajanja.

Čitatelji koji žele brzi pregled otkrića mogu pročitati članak na Znanstveni dnevnik pod naslovom "Istraživači koji su razbili 'šifru spajanja' otkrivaju misterij iza biološke složenosti". Članak kaže: "Znanstvenici sa Sveučilišta u Torontu stekli su temeljne nove uvide u to kako žive stanice koriste ograničeni broj gena za formiranje nevjerojatno složenih organa poput mozga.". Sama priroda počinje člankom Heidi Ledford, “Kod unutar koda”. Uslijedio je rad Tejedora i Valcárcela pod naslovom “Gene Regulation: Cracking the Second Genetic Code. Naposljetku, ključna točka bio je rad tima istraživača sa Sveučilišta u Torontu predvođenih Benjaminom D. Blencoweom i Brandonom D. Freyem, “Cracking the Splicing Code”.

Ovaj članak je pobjeda informacijske znanosti koja nas podsjeća na razbijače šifri iz Drugog svjetskog rata. Njihove su metode uključivale algebru, geometriju, teoriju vjerojatnosti, vektorski račun, teoriju informacija, optimizaciju programskog koda i druge napredne tehnike. Ono što im nije trebala bila je evolucijska teorija, koji nikada nije spomenut u znanstvenim člancima. Čitajući ovaj članak, možete vidjeti pod kolikom su stresu autori ove uvertire:

“Opisujemo shemu 'koda spajanja' koja koristi kombinacije stotina svojstava RNA za predviđanje promjena specifičnih za tkivo u alternativnom spajanju tisuća egzona. Kod uspostavlja nove klase obrazaca spajanja, prepoznaje različite regulacijske programe u različitim tkivima i uspostavlja mutacijama kontrolirane regulacijske sekvence. Otkrili smo široko rasprostranjene regulatorne strategije, uključujući: korištenje neočekivano velikih fondova imovine; identifikacija niskih razina uključivanja egzona koje su oslabljene svojstvima specifičnih tkiva; manifestacija svojstava u intronima je dublja nego što se dosad mislilo; i modulacija razina spojene varijante strukturnim karakteristikama transkripta. Kod je pomogao identificirati klasu egzona čije uključivanje utišava ekspresiju u odraslim tkivima aktiviranjem degradacije mRNA, a čije isključivanje potiče ekspresiju tijekom embriogeneze. Kod olakšava otkrivanje i detaljnu karakterizaciju reguliranih alternativnih događaja spajanja na razini cijelog genoma.”

Tim koji je razbio šifru uključivao je stručnjake iz Zavoda za elektroničko i računalno inženjerstvo, kao i iz Zavoda za molekularnu genetiku. (Frey sam radi za odjel Microsoft Corporation, Microsoft Research) Poput razbijača šifri prošlih godina, Frey i Barash razvili su "nova metoda računalno potpomognute biološke analize koja otkriva 'kodne riječi' skrivene unutar genoma". Koristeći ogromne količine podataka koje su generirali molekularni genetičari, tim istraživača napravio je obrnuti inženjering koda za spajanje dok nisu mogli predvidjeti kako će postupiti. Nakon što su istraživači to shvatili, testirali su kod protiv mutacija i vidjeli kako su egzoni umetnuti ili izbrisani. Otkrili su da kod čak može uzrokovati promjene specifične za tkivo ili djelovati drugačije ovisno o tome je li miš odrastao ili embrij. Jedan gen, Xpo4, povezan je s rakom; Istraživači su primijetili: “Ovi podaci podržavaju zaključak da ekspresija gena Xpo4 mora biti strogo kontrolirana kako bi se izbjegle moguće štetne posljedice, uključujući tumorigenezu (rak), budući da je aktivan tijekom embriogeneze, ali je smanjen u izobilju u tkivima odraslih. Ispostavilo se da su bili potpuno iznenađeni razinom kontrole koju su vidjeli. Namjerno ili ne, Frey je koristio jezik inteligentnog dizajna, a ne nasumične varijacije i odabir kao trag. Zabilježio je: "Razumijevanje složenog biološkog sustava je kao razumijevanje složenog elektroničkog sklopa."

Heidi Ledford je rekla da očigledna jednostavnost Watson-Crickovog genetskog koda, sa svoje četiri baze, triplet kodona, 20 aminokiselina i 64 DNK "karaktera" - ispod sebe krije čitav svijet složenosti. Zatvoren unutar ovog jednostavnijeg koda, kod za spajanje je mnogo složeniji.

Ali između DNK i proteina nalazi se RNK, svijet svoje složenosti. RNA je transformator koji ponekad prenosi genetske poruke, a ponekad ih kontrolira, uključujući mnoge strukture koje mogu utjecati na njezinu funkciju. U radu objavljenom u istom izdanju, tim istraživača predvođen Benjaminom D. Blencoweom i Brandonom D. Freyem sa Sveučilišta Toronto u Ontariju, Kanada, izvijestio je o naporima da se razotkrije drugi genetski kod koji može predvidjeti kako segmenti glasničke RNK transkribirani sa specifičnog gena, mogu se miješati i spajati kako bi formirali različite proizvode u različitim tkivima. Ovaj proces je poznat kao alternativno spajanje. Ovaj put nema jednostavne tablice - umjesto nje postoje algoritmi koji kombiniraju više od 200 različitih svojstava DNK s određivanjem strukture RNK.

Rad ovih istraživača ukazuje na brz napredak koji su računalne metode postigle u sastavljanju modela RNK. Osim razumijevanja alternativnog spajanja, računalna znanost pomaže znanstvenicima u predviđanju struktura RNA i identificiranju malih regulatornih dijelova RNA koji ne kodiraju proteine. "Ovo je divno vrijeme", kaže Christopher Berg, računalni biolog na Massachusetts Institute of Technology u Cambridgeu. “Imat ćemo veliki uspjeh u budućnosti”.

Računalna znanost, računalna biologija, algoritmi i kodovi — ovi pojmovi nisu bili dio Darwinova rječnika kada je razvijao svoju teoriju. Mendel je imao vrlo pojednostavljen model kako se osobine raspodjeljuju tijekom nasljeđivanja. Osim toga, ideja da su značajke kodirane uvedena je tek 1953. Vidimo da je izvorni genetski kod reguliran još složenijim kodom uključenim u njega. To su revolucionarne ideje. Štoviše, postoje svi znakovi da ova razina kontrole nije posljednja. Ledford nas podsjeća da RNK i proteini, na primjer, imaju trodimenzionalnu strukturu. Funkcije molekula mogu se promijeniti kada se njihov oblik promijeni. Mora postojati nešto što kontrolira presavijanje tako da trodimenzionalna struktura radi ono što funkcija zahtijeva. Osim toga, čini se da je pristup genima kontroliran drugi kod, histonski kod. Ovaj kod je kodiran molekularnim markerima ili "repovima" na histonskim proteinima koji služe kao centri za uvijanje i super namotavanje DNK. Opisujući naše vrijeme, Ledford govori o "kontinuirana renesansa u RNA informatici".

Tejedor i Valcárcel slažu se da iza jednostavnosti leži složenost. "Koncept je vrlo jednostavan: DNK stvara RNK, koja zatim stvara protein.", - započinju svoj članak. “Ali u stvarnosti je sve mnogo kompliciranije”. Pedesetih godina prošlog stoljeća naučili smo da svi živi organizmi, od bakterija do ljudi, imaju osnovni genetski kod. Ali ubrzo smo shvatili da složeni organizmi (eukarioti) imaju neka neprirodna i teško razumljiva svojstva: njihovi genomi imaju neobične dijelove, introne, koji se moraju ukloniti kako bi se egzoni mogli spojiti. Zašto? Danas se magla razilazi: "Glavna prednost ovog mehanizma je da omogućuje različitim stanicama da odaberu alternativne načine spajanja prekursora glasničke RNA (pre-mRNA) i tako proizvode različite poruke iz istog gena",- objašnjavaju, - "i onda različite mRNA mogu kodirati različite proteine ​​s različitim funkcijama". Dobivate više informacija iz manje koda, pod uvjetom da postoji ovaj drugi kod unutar koda koji zna kako to učiniti.

Ono što čini razbijanje koda spajanja tako teškim je to što su čimbenici koji kontroliraju sklapanje egzona postavljeni mnogim drugim čimbenicima: sekvencama smještenim blizu granica egzona, sekvencama introna i regulatornim čimbenicima koji ili pomažu ili inhibiraju strojeve za spajanje. Osim, "učinci određenog slijeda ili čimbenika mogu varirati ovisno o njegovom položaju u odnosu na granice intron-egzona ili druge regulatorne motive", objašnjavaju Tejedor i Valcárcel. "Stoga je najveći izazov u predviđanju spajanja specifičnog tkiva izračunavanje algebre bezbrojnih motiva i odnosa među regulatornim čimbenicima koji ih prepoznaju.".

Kako bi riješili ovaj problem, tim istraživača je u računalo unio ogromnu količinu podataka o RNA sekvencama i uvjetima pod kojima su nastali. "Računalo je tada dobilo zadatak identificirati kombinaciju svojstava koja bi najbolje objasnila eksperimentalno utvrđen odabir egzona specifičan za tkivo.". Drugim riječima, istraživači su izvršili obrnuti inženjering koda. Poput razbijača kodova iz Drugog svjetskog rata, nakon što znanstvenici upoznaju algoritam, mogu predviđati: "Točno je i točno identificirao alternativne egzone i predvidio njihovu različitu regulaciju između parova tipova tkiva." Kao i svaka dobra znanstvena teorija, otkriće je pružilo novi uvid: "Ovo nam je omogućilo da pružimo novi uvid u prethodno identificirane regulatorne motive i ukazalo na prethodno nepoznata svojstva poznatih regulatora, kao i na neočekivane funkcionalne veze između njih.", istaknuli su istraživači. "Na primjer, kod implicira da je uključivanje egzona koji vode do procesiranih proteina opći mehanizam za kontrolu procesa ekspresije gena tijekom prijelaza iz embrionalnog tkiva u tkivo odrasle osobe.".

Tejedor i Valcárcel smatraju objavljivanje svog rada važnim prvim korakom: "Ovaj rad... bolje je promatrati kao otkriće prvog fragmenta puno većeg kamena iz Rosette potrebnog za dešifriranje alternativnih poruka našeg genoma." Prema tim znanstvenicima, buduća istraživanja će nedvojbeno poboljšati njihovo znanje o ovom novom kodu. Na kraju svog članka kratko spominju evoluciju, i to na vrlo neobičan način. Oni kažu: “To ne znači da je evolucija stvorila ove kodove. To znači da će napredak zahtijevati razumijevanje interakcije kodova. Još jedno iznenađenje bilo je to što dosadašnji stupanj očuvanosti postavlja pitanje mogućeg postojanja "kodova specifičnih za vrstu"..

Kod vjerojatno djeluje u svakoj pojedinoj stanici i stoga mora biti odgovoran za više od 200 vrsta stanica sisavaca. Također se mora nositi s velikom raznolikošću alternativnih obrazaca spajanja, da ne spominjemo jednostavne odluke o uključivanju ili preskakanju jednog egzona. Ograničeno evolucijsko očuvanje alternativne regulacije spajanja (procjenjuje se na oko 20% između ljudi i miševa) postavlja pitanje postojanja kodova specifičnih za vrstu. Štoviše, veza između obrade DNA i transkripcije gena utječe na alternativno spajanje, a nedavni dokazi upućuju na pakiranje DNK histonskim proteinima i kovalentnim modifikacijama histona (tzv. epigenetski kod) u reguliranju spajanja. Stoga će buduće metode morati utvrditi preciznu interakciju između histonskog koda i koda spajanja. Isto se odnosi na još uvijek slabo shvaćen utjecaj složenih struktura RNA na alternativno spajanje.

Kodovi, kodovi i više kodova. Činjenica da znanstvenici u ovim člancima ne govore gotovo ništa o darvinizmu ukazuje na to da evolucijski teoretičari koji se drže starih ideja i tradicija imaju o čemu razmišljati nakon što pročitaju ove članke. Ali oni koji su oduševljeni biologijom kodova naći će se u prvim redovima. Imaju sjajnu priliku iskoristiti prednosti uzbudljive web aplikacije koju su razbijači kodova izradili kako bi potaknuli daljnja istraživanja. Može se pronaći na web stranici Sveučilišta u Torontu pod nazivom Alternative Splicing Prediction Website. Posjetitelji će ovdje uzalud tražiti bilo kakav spomen evolucije, unatoč starom aksiomu da ništa u biologiji nema smisla bez nje. Nova verzija ovog izraza iz 2010. mogla bi zvučati ovako: “Ništa u biologiji nema smisla ako se ne promatra u svjetlu računalne znanosti.” .

Veze i bilješke

Drago nam je što smo vam mogli ispričati ovu priču na dan kada je objavljena. Ovo bi mogao biti jedan od najznačajnijih znanstvenih članaka godine. (Naravno, svako veliko otkriće drugih skupina znanstvenika, poput Watsona i Cricka, je značajno.) Jedino što možemo reći na ovo je: "Wow!" Ovo otkriće je izvanredna potvrda stvaranja po namjeri i veliki izazov darvinističkom carstvu. Pitam se kako će evolucionisti pokušati ispraviti svoju pojednostavljenu priču o nasumičnim mutacijama i prirodnoj selekciji, koja datira još iz 19. stoljeća, u svjetlu ovih novih podataka.

Razumijete li o čemu pričaju Tejedor i Valcárcel? Vrste mogu imati svoj kod, jedinstven za te vrste. "Stoga će budućim metodama ovisiti o utvrđivanju precizne interakcije između histonskog [epigenetskog] koda i koda spajanja", napominju. U prijevodu to znači: “Darvinisti nemaju ništa s ovim. Oni to jednostavno ne mogu podnijeti." Da je jednostavni Watson-Crickov genetski kod bio problem za darwiniste, što bi sada rekli o kodu za spajanje koji stvara tisuće transkripata iz istih gena? Kako se nose s epigenetskim kodom koji kontrolira ekspresiju gena? A tko zna, možda su u ovoj nevjerojatnoj “interakciji”, o kojoj tek počinjemo učiti, uključeni i drugi kodovi koji podsjećaju na kamen iz Rosette koji tek počinje izranjati iz pijeska?

Sada, kada razmišljamo o kodovima i računalnoj znanosti, počinjemo razmišljati o različitim paradigmama za nova istraživanja. Što ako genom djelomično djeluje kao mreža za pohranu? Što ako uključuje kriptografiju ili algoritme kompresije? Trebamo se sjetiti modernih informacijskih sustava i tehnologija za pohranjivanje informacija. Možda čak otkrijemo i elemente steganografije. Nedvojbeno postoje dodatni mehanizmi otpora, kao što su dupliciranja i ispravci, koji mogu pomoći u objašnjenju postojanja pseudogena. Kopije cijelog genoma mogu biti odgovor na stres. Neki od ovih fenomena mogu biti korisni pokazatelji povijesnih događaja koji nemaju nikakve veze s univerzalnim zajedničkim pretkom, ali pomažu u istraživanju komparativne genomike u okviru računalne znanosti i dizajna otpornosti te pomažu u razumijevanju uzroka bolesti.

Evolucionisti se nalaze u velikoj poteškoći. Istraživači su pokušali modificirati kod, ali dobili su samo rak i mutacije. Kako će se snalaziti u području fitnessa ako je sve zatrpano katastrofama koje čekaju da se dogode čim se netko počne miješati u te neraskidivo povezane kodove? Znamo da postoji neka ugrađena stabilnost i prenosivost, ali cijela slika je nevjerojatno složen, dizajniran, optimiziran informacijski sustav, a ne nasumična zbirka dijelova s ​​kojima se može beskrajno igrati. Cijela ideja koda je koncept inteligentnog dizajna.

A. E. Wilder-Smith je tome pridavao posebnu važnost. Kodeks pretpostavlja sporazum između dva dijela. Dogovor je dogovor unaprijed. Uključuje planiranje i svrhu. Koristimo SOS simbol, kako bi rekao Wilder-Smith, po konvenciji kao signal za pomoć. SOS ne izgleda kao katastrofa. Ne miriše na katastrofu. Ne osjeća se kao katastrofa. Ljudi ne bi shvatili da ova pisma predstavljaju katastrofu da ne razumiju bit samog sporazuma. Isto tako, kodon za alanin, HCC, ne izgleda, ne miriše niti se osjeća kao alanin. Kodon ne bi imao nikakve veze s alaninom osim ako ne postoji unaprijed utvrđen dogovor između dva kodna sustava (proteinskog koda i DNK koda) da "GCC mora značiti alanin." Da bi se prenio ovaj dogovor, koristi se obitelj pretvarača, aminoacil-tRNA sintetaza, koje prevode jedan kod u drugi.

To je trebalo ojačati teoriju dizajna 1950-ih i mnogi kreacionisti su je učinkovito propovijedali. Ali evolucionisti su kao trgovački prodavači koji govore glatko. Stvorili su svoje bajke o Zvončici koja razbija kod i mutacijom i selekcijom stvara nove vrste i uvjerili mnoge da se čuda i danas mogu događati. Dobro, dobro, danas smo u 21. stoljeću i znamo epigenetski kod i kod spajanja – dva koda koji su mnogo složeniji i dinamičniji od jednostavnog DNK koda. Znamo za kodove unutar kodova, za kodove iznad kodova i ispod kodova - znamo cijelu hijerarhiju kodova. Ovoga puta evolucionisti ne mogu jednostavno zabiti prst u pušku i blefirati nas svojim prekrasnim govorima, kada su s obje strane puške - cijeli arsenal uperen u njihove glavne elemente dizajna. Sve je igra. Oko njih je izrasla cijela era informatike, odavno su izašli iz mode i izgledaju kao Grci koji se kopljima pokušavaju penjati na moderne tenkove i helikoptere.

Tužno je reći, ali evolucionisti to ne razumiju, a čak i da razumiju, neće odustati. Usput, ovaj tjedan, upravo u trenutku kada je objavljen članak o Kodeksu spajanja, sa stranica pro-Darwinovih časopisa i novina izlila se najljuća i najomraženija retorika protiv kreacionizma i inteligentnog dizajna u posljednje vrijeme. Još mnogo sličnih primjera tek ćemo čuti. I dokle god drže mikrofone i kontroliraju institucije, mnogi će ljudi pasti na njihov mamac, misleći da im znanost i dalje daje dobre razloge. Govorimo vam sve ovo kako biste pročitali ovaj materijal, proučili ga, razumjeli i opremili se informacijama koje su vam potrebne da istinom pobijedite ovu netrpeljivu, obmanjujuću besmislicu. Sada, samo naprijed!

Nižu se u lance i tako proizvode nizove genetskih slova.

Genetski kod

Proteini gotovo svih živih organizama građeni su od samo 20 vrsta aminokiselina. Te se aminokiseline nazivaju kanonskim. Svaki protein je lanac ili nekoliko lanaca aminokiselina povezanih u strogo definiranom nizu. Taj slijed određuje strukturu proteina, a time i sva njegova biološka svojstva.

CUU (Leu/L) Leucin
CUC (Leu/L) Leucin
CUA (Leu/L) Leucin
CUG (Leu/L) Leucin

U neke proteine, nestandardne aminokiseline, kao što su selenocistein i pirolizin, umetnute su pomoću ribosoma koji čita stop kodon, ovisno o sekvencama u mRNA. Selenocistein se danas smatra 21., a pirolizin 22. aminokiselinama koje čine proteine.

Unatoč tim iznimkama, svi živi organizmi imaju zajedničke genetske kodove: kodon se sastoji od tri nukleotida, pri čemu su prva dva odlučujuća; kodone prevodi tRNA i ribosomi u sekvencu aminokiselina.

Povijest ideja o genetskom kodu

Međutim, početkom 60-ih godina 20. stoljeća novi su podaci otkrili nedosljednost hipoteze o "kodu bez zareza". Zatim su pokusi pokazali da kodoni, koje je Crick smatrao besmislenim, mogu izazvati sintezu proteina in vitro, a do 1965. utvrđeno je značenje svih 64 tripleta. Pokazalo se da su neki kodoni jednostavno suvišni, odnosno da je cijeli niz aminokiselina kodiran s dva, četiri ili čak šest tripleta.

vidi također

Bilješke

1. Genetski kod podržava ciljano umetanje dviju aminokiselina jednim kodonom. Turanov AA, Lobanov AV, Fomenko DE, Morrison HG, Sogin ML, Klobutcher LA, Hatfield DL, Gladyshev VN. Znanost. 9. siječnja 2009;323(5911):259-61.
2. AUG kodon kodira metionin, ali ujedno služi i kao početni kodon – translacija obično počinje s prvim AUG kodonom mRNA.
3. NCBI: "Genetski kodovi", sastavili Andrzej (Anjay) Elzanowski i Jim Ostell
4. Jukes TH, Osawa S, Genetski kod u mitohondrijima i kloroplastima., Iskustvo. 1990. prosinac 1;46(11-12):1117-26.
5. Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (ožujak 1992.). "Nedavni dokazi evolucije genetskog koda." Microbiol. vlč. 56 (1): 229–64. PMID 1579111.
6. SANGER F. (1952). "Raspored aminokiselina u proteinima." Adv Protein Chem. 7 : 1-67. PMID 14933251.
7. M. Ichas Biološki kod. - Svijet, 1971.
8. WATSON JD, CRICK FH. (travanj 1953.). “Molekularna struktura nukleinskih kiselina; strukturu nukleinske kiseline deoksiriboze." Priroda 171 : 737-738. PMID 13054692.
9. WATSON JD, CRICK FH. (svibanj 1953.). "Genetske implikacije strukture deoksiribonukleinske kiseline." Priroda 171 : 964-967. PMID 13063483.
10. Crick FH. (travanj 1966.). “Genetski kod – jučer, danas i sutra.” Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
11. G. GAMOW (veljača 1954). "Moguća povezanost između dezoksiribonukleinske kiseline i proteinskih struktura." Priroda 173 : 318. DOI:10.1038/173318a0. PMID 13882203.
12. GAMOW G, RICH A, YCAS M. (1956.). "Problem prijenosa informacija od nukleinskih kiselina do proteina." Adv Biol Med Phys. 4 : 23-68. PMID 13354508.
13. Gamow G, Ycas M. (1955). “STATISTIČKA KORELACIJA SASTAVA PROTEINA I RIBONUKLEINSKE KISELINE. " Proc Natl Acad Sci U S A. 41 : 1011-1019. PMID 16589789.
14. Crick FH, Griffith JS, Orgel LE. (1957). “ŠIFRE BEZ ZAREZA. " Proc Natl Acad Sci U S A. 43 : 416-421. PMID 16590032.
15. Hayes B. (1998). "Izum genetskog koda." (PDF pretisak). američki znanstvenik 86 : 8-14.

Književnost

• Azimov A. Genetski kod. Od teorije evolucije do dešifriranja DNK. - M.: Tsentrpoligraf, 2006. - 208 str. - ISBN 5-9524-2230-6.
• Ratner V. A. Genetski kod kao sustav - Soroseducation journal, 2000, 6, br. 3, str. 17-22.
• Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ. Opća priroda genetskog koda za proteine ​​- Nature, 1961 (192), str. 1227-32

Linkovi

• Genetski kod- članak iz Velike sovjetske enciklopedije

Zaklada Wikimedia. 2010.