Учебник для 9 класса

Биология

§7. Наследственная информация и генетический код

Вспомните, какое строение имеют белки. От чего зависят структура, форма и свойства белковой мо лекулы? Почему белки каждого организма отличаются друг от друга?

Такие признаки живого, как самовоспроизведение, наследственность и изменчивость проявляется уже на молекулярно-генетическом уровне. Они связаны с определенными органическими веществами и с наследственной (генетической) программой организма.

ДНК и гены. К началу 50-х гг. XX в. ученые предположили, что основная функция генов заключается в определении структуры белков, в первую очередь — белков-ферментов. Многочисленные исследования показали, что в основном превращения веществ в живых системах происходят под контролем ферментов. Поэтому учеными было выдвинуто предположение, которое можно сформулировать так: «один ген — один белок-фермент». Лишь открытие двойной спирали молекулы ДНК позволило выяснить общие принципы процесса передачи генетической информации в живом.

Носителями наследственной информации служат молекулы ДНК. В них хранится информация о строении. свойствах, функциях белков каждой клетки и организма в целом. Участок молекулы ДНК, содержащий информацию о структуре одной молекулы белка-фермента, назвали геном (от греч. генос — род, происхождение). Он и является наследственным фактором любого живого тела природы.

Генетический код. В белках встречаются 20 аминокислот, последовательность которых и определяет структуру и свойства белков. Информация о структуре белка должна быть записана в виде нуклеотидной последовательности на ДНК. Правила перевода последовательности нуклеотидов в нуклеиновой кислоте в аминокислотную последовательность белка называют генетическим кодом (от фран. код —-сборник условных сокращенных обозначений и названий).

Он был расшифрован в 60-х гг. XX в. в результате ряда экспериментов и математических расчетов.

Молекула ДНК состоит из набора четырех нуклеотндов (А, Т, Г, Ц). Если каждой аминокислоте соответствовал бы один нуклеотид, то закодировать можно было бы только 4 аминокислоты. Если предположить, что одна аминокислота кодируется сочетанием из двух нуклеотндов, то в этом случае можно закодировать только 42 = 16 аминокислот. Ученые предположили, что одна аминокислота должна кодироваться тремя нуклеотидами. Такого числа комбинаций более чем достаточно для кодирования 20 аминокислот (рис. 29). Кроме того, одной аминокислоте может соответствовать не одно, а несколько таких сочетаний.

Рис. 29. Правило перевода последовательности нуклеотидов в ДНК в последовательность аминокислот в белке

Генетический код обладает рядом свойств (рис. 30). Код приплетен — каждой аминокислоте соответствует сочетание из 3-х нуклеотндов. Всего таких сочетаний — триплетов (кодонов) — 64. Из них 61 триплет смысловой, т. е. соответствуют 20 аминокислотам, а 3 — бессмысленные стоп-кодоны, которые не соответствуют аминокислотам. Ими заполняются промежутки между генами.

Рис. 30. Некоторые свойства генетического кода

Код однозначен — каждый триплет (кодон) соответствует только одной аминокислоте. Код вырожден (избыточен) — имеются аминокислоты, которые кодируются более чем одним триплетом (кодоном). Чаще аминокислоты имеют 2—3 триплета (кодона).

Код универсален — все организмы имеют одинаковый генетический код, т. е. одни и те же аминокислоты у разных организмов кодируются одинаковыми триплетами (кодонами).

Код непрерывен — внутри гена между триплетами (кодонами) нет промежутков.

Код неперекрываем — конечный нуклеотид одного триплета (кодона) не может служить началом другого.

На определенном участке молекулы ДНК с помощью генетического кода зашифрована аминокислотная последовательность молекулы одного белка. Так как синтез белка происходит в цитоплазме, а молекулы ДНК находятся в ядре, то необходима структура, которая копировала бы последовательность нуклеотидов на ДНК и переносила бы ее к месту синтеза белка. Таким посредником служит информационная РНК.

Кроме переносчика информации необходимы вещества, которые обеспечивали бы доставку соответствующих аминокислот к месту синтеза и определяли их места в полипептидной цепи. Такими веществами являются транспортные РНК. Они не только обеспечивают доставку аминокислот к месту синтеза, но и их кодирование. Синтез белка протекает на рибосомах, для сборки которых необходим еще один вид нуклеиновых кислот — рибосомальные РНК. Следовательно, для реализации наследственной информации в живом на молекулярно-генетическом уровне необходимы молекулы ДНК и все виды РНК.

Упражнения по пройденному материалу

1. Почему именно с белками первоначально связывались наследствен ные свойства организма?
2. Как закодирована структура белка в молекуле ДНК?
3. Что такое ген?
4. Что представляет собой генетический код? Охарактеризуйте каждое из его свойств.
5. Какую функцию выполняют стоп-кодоны?