Генетичний код
Генетичний код — набір правил розташування нуклеотидів в молекулах нуклеїнових кислот (ДНК і РНК), що 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 тімін (T), які в україномовній літературі також часто позначаються буквами А, Г, Ц і Т відповідно. Ці букви складають «алфавіт» генетичного коду. У РНК використовуються ті ж нуклеотиди, за винятком тіміну, який замінений схожим нуклеотидом, — урацилом, який позначається буквою U (або У в україномовній літературі). У молекулах ДНК і РНК нуклеотиди складають ланцюжки і, таким чином, інформація закодована у вигляді послідовності генетичних «букв».
Для синтезу білків в 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 у значній мірі 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 поліпептідного 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 — значущою одиницею коду є поєднання трьох нуклеотидів (кодон).
Безперервність — між кодонами немає розділових знаків, тобто інформація прочитується безперервно.
Дискретність — один і той же нуклеотид не може входити одночасно до складу двох або більш кодонів.
Специфічність — у переважній більшості випадків певний кодон відповідає тільки одній амінокислоті.
Виродженість (надмірність) — одній і тій же амінокислоті може відповідати декілька кодонів.
Універсальність — «стандартний» генетичний код працює однаково в організмах різного рівня складності — від вірусів до людини (хоча існують кілька інших, менш поширених варіантів генетичного коду, див. список на сайті NCBI Taxonomy).
Етапи біосинтезу білка
На наступному етапі процесу біосинтезу білків, який названо трансляція (від лат. транслятіо — передача), послідовність нуклеотидів у молекулі ІРНК переводиться в послідовність амінокислотних залишків молекули білка, що синтезується.
Розглянемо цей процес детальніше. Спочатку кожна з 20 амінокислот у цитоплазмі приєднується до певної молекули тРНК. У свою чергу, ІРНК зв'язується з рибосомою, а згодом - і з амінокислотним залишком, приєднаним до певної молекули тРНК. Так виникає ініціативний комплекс, який складається з триплету ІРНК, рибосоми і певної молекули тРНК. Цей комплекс сигналізує про початок синтезу молекули білка.
На подальших етапах біосинтезу білків поліпептид -ний ланцюг подовжується завдяки тому, що амінокислотні залишки послідовно зв'язуються між собою за допомогою пептидних зв'язків.
Як визначається порядок надходження тРНК до рибосоми? На верхівці кожної молекули тРНК розташований триплет нуклеотидів (так званий антикодон). Він має утворювати комплементарну пару з відповідним триплетом ІРНК (кодоном) (мал. 80).
Мал. 80. Механізм роботи рибосоми
Під час синтезу білкової молекули рибосома насувається на ниткоподібну молекулу ІРНК таким чином, що іРНК опиняється між двома її субодини-цями. Рибосома наче «ковзає» зліва направо по молекулі іРНК і збирає молекулу білка. Кожен крок рибосоми дорівнює одному триплету. Коли рибосома дещо просунеться вперед по молекулі іРНК, на її місце надходить друга, а згодом - третя, четверта тощо і біосинтез нових білкових молекул триває далі. Кількість рибосом, які одночасно можуть бути розташовані на молекулі іРНК, зумовлена довжиною останньої.
Коли рибосома досягає одного з трьох триплетів (УАА, УАГ, УГА), що сигналізує про припинення синтезу поліпептидного ланцюга, вона разом із білковою молекулою залишає ІРНК. Згодом вона розпадається на субодиниці, які потрапляють на будь-яку іншу молекулу ІРНК. Синтезована молекула білка надходить у порожнину ендоплазматичної сітки, якою транспортується в певну ділянку клітини (мал. 81).
Мал. 81. Схема надходження в канал (1) ендоплазматичної сітки синтезованого білка (2)
На заключному етапі синтезований білок набуває своєї природної просторової структури. За участю відповідних ферментів від нього відщеплюються зайві амінокислотні залишки, вводяться небілкові фосфатні, карбоксильні та інші групи, приєднуються вуглеводи, ліпіди тощо. Лише після цих процесів молекула білка стає функціонально активною.
Процеси синтезу білкових молекул потребують затрат енергії, яка вивільняється при розщепленні молекул АТФ.