Генетичний код

Генети́чний код  — певна відповідність між послідовністю нуклеотидів в молекулі ДНК (мРНК) і послідовністю амінокислот в молекулі білка, яка нею кодується. Ця система правил розташування нуклеотидів в молекулах нуклеїнових кислот (ДНК і РНК) надає всім живим організмам можливість кодування амінокислотної послідовності білків за допомогою послідовності нуклеотидів.

У ДНК використовується чотири нуклеотиди — аденін (А), гуанін (G), цитозин (С) і тимін (T), які в україномовній літературі також часто позначаються літерами А, Г, Ц і Т відповідно. Ці букви складають «алфавіт» генетичного коду. У РНК використовуються ті ж нуклеотиди, за винятком тиміну, який замінений схожим нуклеотидом, — урацилом, який позначається буквою U (або У в україномовній літературі). У молекулах ДНК і РНК нуклеотиди складають ланцюжки й, таким чином, інформація закодована у вигляді послідовності генетичних «букв».

Генетичний код

Комплементарні нуклеотиди

Для синтезу білків у природі використовуються 20 різних амінокислот. Кожен білок є ланцюжком або декількома ланцюжками амінокислот в строго певній послідовності. Ця послідовність називається первинною структурою білка, що також значною мірою визначає всю будову білка, а отже і його біологічні властивості. Набір амінокислот також універсальний для переважної більшості живих організмів.

Експресія генів або реалізація генетичної інформації у живих клітинах (зокрема синтез білка, що кодується геном) здійснюється за допомогою двох основних матричних процесів: транскрипції (тобто синтезу мРНК на матриці ДНК) і трансляції генетичного коду в амінокислотну послідовність (синтез поліпептидного ланцюжка на матриці мРНК). Для кодування 20 амінокислот, а також стоп-сигналу, що означає кінець білкової послідовності, достатньо трьох послідовних нуклеотидів. Набір з трьох нуклеотидів називається кодоном. Прийняті скорочення, що відповідають амінокислотам і кодонам, зображені на малюнку.

Властивості генетичного коду

• Триплетність — три послідовно розміщені нуклеотиди кодують одну з 20 амінокислот, які разом утворюють триплет, або кодон.
• Безперервність — кодони не розділяються між собою, тобто інформація зчитується безперервно. Кожний з кодонів не залежить один від одного і під час біосинтезу зчитується повністю.
• Дискретність — один і той самий нуклеотид не може входити одночасно до складу двох або більш кодонів.
• Специфічність — кожний кодон може кодувати лише одну амінокислоту. Завдяки цьому генетичний код не перекривається.
• Виродженість — одна і та ж амінокислота може кодуватися декількома різними кодонами.
• Колінеарність — послідовність кодонів нуклеотидів точно відповідає послідовності амінокислотних залишків у поліпептиді
• Наявність термінальних кодонів — беззмістовних, або стоп-кодонів, які не здатні кодувати амінокислоти. Вони виконують функцію роздільника між двома ланцюгами кодонів та переривають синтез поліпептиду.
• Універсальність — єдиний генетичний код є, практично, однаковим в організмах різного рівня складності — від вірусів до людини (хоча існують кілька інших, менш поширених варіантів генетичного коду, див. список на сайті NCBI Taxonomy [Архівовано 1 червня 2009 у Wayback Machine.]).

Варіанти генетичного коду

Більшість організмів переважно користуються одним варіантом коду, так званим «стандартним кодом»^[1], проте це не завжди є правилом. Перший приклад відхилення від стандартного генетичного коду був відкритий в 1979 році при дослідженні генів мітохондрій людини. Відтоді було знайдено декілька подібних варіантів^[2], включаючи різні альтернативні коди мітохондрій^[3], наприклад, прочитування стоп-кодону стандартного коду UGA як кодону, що визначає триптофан у мікоплазм. У бактерій і архей GUG і UUG часто використовуються як стартові кодони. В деяких випадках гени починають кодувати білок зі старт-кодону, який відрізняється від зазвичай використовуваного цим видом^[1]. У деяких білках нестандартні амінокислоти, такі як селеноцистеїн і піролізин вставляються рибосомою, під час зчитування стоп-кодону за умовами наявності певних послідовностей в мРНК після кодону. Селенцистеїн часто розглядають як 21-шу, а піролізин — 22-гу амінокислоту, що входять до складу білків.

Таблиця кодонів РНК

неполярні

полярні

основні

кислотні

(стоп-кодон)

		2ий нуклеотид
		U		C		A		G
1ий нуклеотид	U	UUU	(Фен/F) Фенілаланін	UCU	(Сер/S) Серин	UAU	(Тир/Y) Тирозин	UGU	(Цис/C) Цистеїн
		UUC	(Фен/F) Фенілаланін	UCC	(Сер/S) Серин	UAC	(Тир/Y) Тирозин	UGC	(Цис/C) Цистеїн
		UUA	(Лей/L) Лейцин	UCA	(Сер/S) Серин	UAA	Стоп-кодон	UGA	Стоп-кодон
		UUG	(Лей/L) Лейцин	UCG	(Сер/S) Серин	UAG	Стоп-кодон	UGG	(Трп/W) Триптофан
	C	CUU	(Лей/L) Лейцин	CCU	(Про/P) Пролін	CAU	(Гіс/H) Гістидин	CGU	(Арг/R) Аргінін
		CUC	(Лей/L) Лейцин	CCC	(Про/P) Пролін	CAC	(Гіс/H) Гістидин	CGC	(Арг/R) Аргінін
		CUA	(Лей/L) Лейцин	CCA	(Про/P) Пролін	CAA	(Глн/Q) Глутамін	CGA	(Арг/R) Аргінін
		CUG	(Лей/L) Лейцин	CCG	(Про/P) Пролін	CAG	(Глн/Q) Глутамін	CGG	(Арг/R) Аргінін
	A	AUU	(Іле/I) Ізолейцин	ACU	(Тре/T) Треонін	AAU	(Асн/N) Аспарагін	AGU	(Сер/S) Серин
		AUC	(Іле/I) Ізолейцин	ACC	(Тре/T) Треонін	AAC	(Асн/N) Аспарагін	AGC	(Сер/S) Серин
		AUA	(Іле/I) Ізолейцин	ACA	(Тре/T) Треонін	AAA	(Ліз/K) Лізин	AGA	(Арг/R) Аргінін
		AUG[A]	(Мет/M) Метіонін	ACG	(Тре/T) Треонін	AAG	(Ліз/K) Лізин	AGG	(Арг/R) Аргінін
	G	GUU	(Вал/V) Валін	GCU	(Ала/A) Аланін	GAU	(Асп/D) Аспарагінова кислота	GGU	(Глі/G) Гліцин
		GUC	(Вал/V) Валін	GCC	(Ала/A) Аланін	GAC	(Асп/D) Аспарагінова кислота	GGC	(Глі/G) Гліцин
		GUA	(Вал/V) Валін	GCA	(Ала/A) Аланін	GAA	(Глу/E) Глутамінова кислота	GGA	(Глі/G) Гліцин
		GUG	(Вал/V) Валін	GCG	(Ала/A) Аланін	GAG	(Глу/E) Глутамінова кислота	GGG	(Глі/G) Гліцин

^A  Кодон AUG кодує амінокислоту метіонін, а також слугує як сайт ініціації трансляції.

Діаграма генетичного коду

Див. також

• Кодон
• Антикодон
• Комплементарність
• Нуклеотид
• Перелік програм генної інженерії

Посилання

1. Genetic Code page in the NCBI Taxonomy section [Архівовано 11 грудня 2015 у Wayback Machine.] (переглянто 27 квітня 2007)
2. NCBI: «The Genetic Codes», Compiled by Andrzej (Anjay) Elzanowski and Jim Ostell. Архів оригіналу за 26 червня 2015. Процитовано 3 листопада 2007.
3. Jukes TH, Osawa S, The genetic code in mitochondria and chloroplasts., Experientia. 1990 Dec 1;46(11-12):1117-26.

Джерела

• А. В. Сиволоб, С.Р. Рушковський, С.С. Кир'яченко та ін. (2008). Генетика (PDF). К: Видавничо-поліграфічний центр "Київський університет". с. 54-57. Архів оригіналу (PDF) за 4 березня 2016. Процитовано 17 березня 2016. {{cite book}}: Явне використання «та ін.» у: |author= (довідка)