Единство генетического кода является одним из самых изящных аргументов в пользу общего происхождения всего живого.

Единство генетического кода является одним из самых изящных аргументов в пользу общего происхождения всего живого. Приведу небольшой отрывок из "Суммы биотехнологии", поясняющий этот вопрос.

Белки, как и молекулы ДНК и РНК, являются полимерами, только белки состоят не из нуклеотидов, а из аминокислот. Последовательность аминокислот белка определяется последовательностью троек нуклеотидов, называющихся кодонами, а правило соответствия кодонов аминокислотам называется генетическим кодом. Например, у большинства живых организмов кодон GCC кодирует аминокислоту аланин, а кодон AUG – метионин. Последовательность нуклеотидов AUGGCCGCC кодирует последовательность из трех аминокислот: метионин, за которым следуют два аланина.

Три нуклеотида в кодоне и четыре разные буквы алфавита ДНК позволяют создать 4 x 4 x 4 или 64 разных кодона, то есть с их помощью можно закодировать 64 аминокислоты. Но в стандартном генетическом коде присутствует всего 20 аминокислот, то есть одна и та же аминокислота кодируется сразу несколькими различными кодонами. Это свойство генетического кода называется вырожденностью. Стоп-кодонов, указывающих рибосоме на то, что пора остановить синтез белка, в стандартном генетическом коде тоже несколько, а точнее три: TGA, TAG, TAA. Ниже приведена иллюстрация стандартного генетического кода с названиями аминокислот на английском языке и их однобуквенными обозначениями.

Иногда в СМИ можно услышать не совсем корректную фразу: «генетический код мутировал». На самом деле мутации происходят не в генетическом коде, а в молекулах ДНК, в геноме, в результате чего меняются нуклеотидные последовательности. Мутации можно сравнить с заменой буквы в некотором слове. Например, фраза «Маша ехала на мотоцикле» превращается во фразу «Саша ехала на мотоцикле», если одна буква М «мутировала» в букву С. Изменение генетического кода намного серьезней – это как изменение алфавита. Представим, что во всем тексте буквы М внезапно превратились в буквы К. Теперь у нас «Каша ехала на котоцикле». Понятно, что такие изменения приводят к значительным последствиям и делают практически любой достаточно длинный текст бессмысленным. Поэтому изменения генетического кода происходят крайне редко. Но происходят!

Небольшое отклонение от стандартного генетического кода есть у некоторых инфузорий. Один или даже два стоп-кодона стандартного генетического кода могут кодировать у этих одноклеточных организмов аминокислоту глутамин. В случае некоторых организмов можно сделать небольшое искусственное изменение генетического кода. Так ученым удалось взять кишечную палочку и сделать так, чтобы один из ее трех стоп-кодонов начал кодировать аминокислоту. Но все эти исключения являются экзотикой (если не считать несколько отличающийся митохондриальный генетический код). У большинства организмов генетический код один и тот же: у человека он такой же, как у червяка, утконоса или огурца, или даже у кишечной палочки. А вот геномы у этих организмов различаются очень сильно. Тот же алфавит, но другой текст.

Но что стоит за генетическим кодом? Почему напротив того или иного кодона ставится определенная аминокислота? Аминокислоты доставляются в рибосому молекулами, которые называются транспортными РНК. К одной части транспортной РНК прикреплена аминокислота, а другая ее часть содержит нуклеотиды, комплементарные кодону, который кодирует аминокислоту. Кодоны различаются, поэтому и транспортные РНК бывают разными.

Теоретически мы могли бы поменять одновременно и генетический код и кодоны в генах, кодирующих белки, причем сделать это таким образом, чтобы все белки остались прежними. Насколько мы можем судить, это не имело бы значительных последствий для организма: генетический код не обязан быть таким, какой он есть. То, что совершенно разные организмы имеют одинаковый генетический код связано с тем, что все живые организмы произошли от общего предка, у которого генетический код был таким же, как у нас с вами.

Только представьте: в течение нескольких миллиардов лет эволюции на нашей планете одноклеточные организмы эволюционировали в многоклеточные формы жизни, которые смогли выйти на сушу, появился и вымер тираннозавр, а вместе с ним масса других гигантских рептилий, возникли приматы, от которых отделились предки современного человека. С тех пор успела возникнуть и развалиться Римская империя, мы прошли через темные века средневековья в эпоху просвещения, освоили ядерную энергетику, создали двигатель внутреннего сгорания, компьютеры, мобильные телефоны и даже отправили человека на Луну. Все это время происходили колоссальные изменения в геномах живых организмов, но генетический код всех этих организмов оставался неизменным, постоянным, неразрушимым.

Незыблемость генетического кода очень удобна для генных инженеров. Допустим, мы хотим, чтобы бактерия синтезировала какой-нибудь растительный белок. Берем соответствующий ген из растения, переносим в кольцевую молекулу ДНК – плазмиду, а ее внедряем в клетку бактерии. В большинстве случаев бактерия будет производить белок идентичный тому, что производится в растении. Если бы генетический код у растений и бактерий отличался, мы бы получили какой-то другой белок, с другим набором аминокислот и свойствами, и генная инженерия была бы затруднена.

====

На второй картинке показан синтез белков на рибосоме.

1 - Рибосома (наверху малая субъединица, внизу большая).

2 - РНК, кодирующая белок. Состоит из кодонов.

3 - Транспортные РНК. Доставляют аминокислоты в рибосому. Транспортная РНК узнает свой кодон с помощью антикодона. Нуклеотид А встает напротив У, Г напротив Ц. Это называется комплементарностью.

4 - Свободные аминокислоты. Они присоединяются к своим транспортным РНК (их много разных) с помощью специальных ферментов.

5 - Соединение аминокислот в растущий белок.

Источник: www.ncbi.nlm.nih.gov

Комментарии: