Генетический код

1. Генетический код • Способ записи информации о последовательности аминокислот белков через последовательность нуклеотидов ДНК и РНК.

2. ПЛАН ЛЕКЦИИ • 1) Определение понятия • 2) История и способы расшифровки • 3) Свойства генетического кода • 4) Исключения

3. Генетический код Последовательность нуклеотидов (всего 4) → последовательность аминокислот(всего 20) Соответствие задается набором правил, которые можно представить в виде кодовой таблицы

4. История расшифровки генетического кода • «Расшифровка генетического кода – одно из самых выдающихся научных открытий 20-го века!» В.А. Ратнер В 1944 г. физик-теоретик Э.Шредингер сформулировал необходимость кодирования наследственной информации Эрвин Шредингер (1887-1961)

5. История расшифровки генетического кода Сразу после установления модели двойной спирали (1953 г): Текст (линейная последовательность) из 4 букв → текст (линейная последовательность) из 20 букв Код должен быть трехбуквенным! Двухбуквенный код закодирует только 16 аминокислот, тогда как трехбуквенный сможет закодировать 64! Георгий Антонович Гамов (1904-1968)

6. История расшифровки генетического кода Эксперимент Крика и других (1961) (изучение профлавин- индуцированных мутаций фага T4)- доказательство триплетности генетического кода, отсутствия знаков препинания между триплетами, неперекрываемости триплетов, вырожденности

7. История расшифровки генетического кода • Машалл Ниренбег и Генрих Маттэй – создание бесклеточных систем трансляции (1961 г) • Полиурацил (UUUU… )транслируется в полифенилаланин (FFFFF…) UUU→Phe Генрих Маттэй (род. 1929) и Машалл Ниренбег (1927-2010)

8. История расшифровки генетического кода • Эксперимент Маршалла Ниренберга и Филипа Ледера (1964 г) • Комбинации мРНК и олигорибонуклеотидов с рибосомами связывали определенные тРНК с мечеными аминокислотами • Расшифровка кода до конца! • Маршалл Ниренберг • Гобинд Корана • Роберт Холли  Нобелевская премия по физиологии и медицине в 1968 году

9. 1966 г. – на симпозиуме в Колд-Спринг-Харборе Фрэнсис Крик представил результат коллективного труда нескольких лабораторий – таблицу генетического кода E.coli.

10. Свойства генетического кода • Триплетность • Неперекрываемость • Отсутствие межкодонных знаков препинания • Наличие межгенных знаков препинания • Однозначность • Вырожденность (избыточность) • Помехоустойчивость • Универсальность

11. Триплетность • Триплет = кодон – последовательность трех нуклеотидов, кодирующих одну аминокислоту 5’- AUC - 3’ • Число возможных триплетов – 64

12. Неперекрываемость

13. Ф.Крик и др. (1961) -триплетность генетического кода -отсутствие знаков препинания между кодонами -неперекрываемость триплетов Сдвиг рамки считывания

14. Наличие межгенных знаков препинания • Знак начала гена –лидерная последовательность (Shine–Dalgarno sequence)+ старт-кодон АУГ • с кодона АУГ (иногда ГУГ, УУГ) начинается синтез любого белка. В начале гена прокариот он кодирует особую аминокислоту формилметионин. • Если АУГ, ГУГ и УУГ встречаются в середине генов, они кодируют метионин, валин и лейцин, соответственно. • Знак окончания гена – три СТОП-кодона • СТОП-кодоны не кодируют аминокислот и синтез белка на них прекращается (UAA, UAG, UGA).

15. Наличие межгенных знаков препинания

16. Однозначность(специфичность) Определённый кодон соответствует только одной аминокислоте. Свойство не является универсальным. Кодон UGA у Euplotes crassus кодирует две аминокислоты — цистеин и селеноцистеин Инфузория Euplotes crassus

17. Вырожденность (избыточность) • одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов. Griffiths et al. 2004

18. Помехоустойчивость Определение: мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными. Мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными В каждом триплете можно провести 9 однократных замен. Общее количество возможных замен нуклеотидов - 61 по 9 = 549. Из них: 23 замены нуклеотидов приводят к появлению кодонов - терминаторов трансляции, 134 замены не меняют кодируемую аминокислоту, 230 замен не меняют класс кодируемой аминокислоты. 162 замены приводят к смене класса аминокислоты, т.е. являются радикальными. Из 183 замен 3-его нуклеотида 7 приводят к появлению терминаторов трансляции, а 176 - консервативны. Из 183 замен 1-ого нуклеотида 9 приводят к появлению терминаторов, 114 - консервативны и 60 - радикальны. Из 183 замен 2-го нуклеотида 7 приводят к появлению терминаторов, 74 - консервативны, 102 - радикальны. Итак: 364/162=2.25 (отношение числа консервативных замен к числу радикальных замен) - показатель помехоустойчивости генетического кода.

19. отрицательно заряженные • Регулярность и симметричность генетического кода неполярные положительно заряженные полярные

20. Универсальность • Генетический код един для всех живущих на Земле существи работает одинаково в организмах разного уровня. • Это является сильнейшим свидетельством в пользу единства происхождения и эволюции. • В 1979г. Беррел открыл идеальный код митохондрий человека.

21. Генетический код митохондриальной ДНК позвоночных UGA – кодирует триптофан (не стоп кодон!) AUA – кодирует метионин (не изолейцин!) AGA, AGG – стоп-кодоны (не аргинин!) Griffiths et al. 2004

22. Кодирование неканонических аминокислот • УГА (обычно стоп кодон) кодирует селеноцистеин в некоторых генах (зависит от сигнальных поледвательностей в мРНК) • УАГ (обычно стоп кодон) может кодировать пирролизин

23. Отклонения от стандартного генетического кода http://ru.wikipedia.org

24. Неслучайное использование синонимичных кодонов • Синонимичные замены не всегда нейтральны! • Предпочтение кодонов - частота использования одного кодона из серии синонимичных больше чем для других. • Родственные организмы имеют сходный тип предпочтения кодонов. • Высоко экспрессивные гены большее предпочтение кодонов по сравнению с низко экспрессивными!

25. Вобблинг (неоднозначные пары) • Многие тРНК способны опознавать не только "свой" кодон но и некоторые другие. Это явление называют вобблингом (wobbling). • Так U в первой позиции антикодона может взаимодействовать с G в третьей позиции кодона. • Аналогично G взаимодействует с U. • Инозин (I) образует неоднозначные пары с аденином, гуанином и цитозином. • тРНК, распознающие более одного синонимичного кодона, опознают их с разной эффективностью. неоднозначные пары инозина и гуанозина http://en.wikipedia.org

26. Литература