Тайный язык жизни. Диалог с ученым о генах, геномах и наследственности

Генетический код

Для того чтобы рецепт, содержащийся в поваренной книге, превратился во что-то съедобное, необходим повар, который способен читать язык, на котором написана книга, – другими словами, воспринимать последовательность закорючек-букв, выложенных на бумаге или другом носителе, и переводить закодированную в тексте информацию в конкретные действия. В случае ДНК необходимо «перевести» информацию, содержащуюся в последовательности четырех оснований, в соответствующую ей последовательность из 20 аминокислот кодируемого белка. Генетический код работает подобно коду Морзе, в котором трем знакам, комбинациям точек и тире, соответствует определенная буква человеческого языка. Три идущие друг за другом буквы ДНК (их называют «триплет» или «кодон») кодируют определенную аминокислоту. Например, триплет ATG кодирует аминокислоту метионин, а триплет CCC кодирует пролин (рис. 11).

Термин «генетический код» часто употребляется неправильно. Так, иногда можно услышать высказывания, что у людей определенной национальности есть свой особенный генетический код. Но генетический код един для всего живого: триплет ATG кодирует метионин, AGT – серин и т. д. и у человека, и у бактерий, и у вирусов. Это доказывает, что вся жизнь, существующая на нашей планете, возникла из одного корня, от одного общего предка, генетический код которого был такой же, как у нас.

Рис. 11. В таблицах указаны триплеты ДНК, кодирующие различные аминокислоты, и комбинации точек и тире, соответствующие буквам русского алфавита. С помощью двух «букв» азбуки Морзе и четырех «букв» ДНК можно написать «текст» любой длины.

Генетический код един для всего живого

Центральная догма молекулярной биологии

«Работа» гена (ученые используют термин «экспрессия») устроена очень похожим образом у всех живых организмов, что является еще одним свидетельством общности происхождения жизни на нашей планете. Процесс генной экспрессии описывает «центральная догма молекулярной биологии». Она была сформулирована в шестидесятых годах ХХ века на основании большого количества экспериментальных данных. Ничего догматического в религиозном смысле в ней нет, просто она в концентрированной форме суммирует то, как происходит процесс приготовления молекулярного блюда (белка) из молекулярного рецепта – последовательности ДНК (рис. 12). С гена, то есть участка ДНК, содержащего последовательность, кодирующую белок, снимается копия – молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК). Это одноцепочечная молекула, родственная ДНК: последовательность букв-оснований в ней однозначно задается последовательностью оснований в одной из цепей ДНК согласно правилу комплементарности. Процесс создания РНК копий гена называется «транскрипция». Как у всякого рецепта, у гена есть начало и есть конец. Специальный белок, фермент ДНК-зависимая РНК-полимераза, узнает начало гена и движется вдоль него, выкладывая по матрице одной из цепей ДНК последовательность РНК из отдельных букв-оснований и соединяя их друг с другом. Добравшись до конца гена, РНК-полимераза отсоединяется от ДНК и может снова начать транскрипцию этого же или другого гена. Образовавшаяся в ходе транскрипции РНК (ее называют «матричной» или «информационной») используется для синтеза белка в процессе трансляции (буквально – «перевода»). Специальные молекулярные машины рибосомы, состоящие из продуктов нескольких десятков генов, двигаются от начала к концу матричной РНК, последовательно «читая» триплет за триплетом и на основе полученной информации соединяя соответствующие этим триплетам аминокислоты в белковую цепь.

Рис. 12. Центральная догма молекулярной биологии

Из 64 (43) возможных триплетов ДНК/РНК три (ТАА, ТАG, ТGА) не кодируют никакой аминокислоты (рис. 11). Они воспринимаются рибосомой как сигнал для прекращения трансляции. По достижении такого стоп-кодона рибосома отсоединяется от молекулы матричной РНК. Синтезированная согласно инструкции молекула белка может приступить к выполнению своей функции в клетке, а рибосома – начать трансляцию новой РНК.

Рис. 13. Уровень транскрипции определяет, сколько белка производится с конкретного гена

От того, как хорошо РНК-полимераза «узнает» последовательность ДНК, расположенную перед началом гена (ее называют «промотором»), зависит сколько копий РНК будет произведено с того или другого гена в единицу времени. Другими словами, одни гены работают (экспрессируются) сильно, а другие – слабо. В результате количество белков, закодированных разными генами, может очень сильно различаться (рис. 13). Например, каждая красная клетка крови (эритроцит) содержит сотни миллионов идентичных молекул белка гемоглобина, а в клетках большинства других тканей его нет вовсе.

Некоторые гены (их называют «гены домашнего хозяйства») транскрибируются во всех клетках нашего тела. К таким генам относятся, в частности, гены ДНК- и РНК-полимераз, ведь все клетки должны «уметь» реплицировать ДНК с помощью ДНК-полимеразы и транскрибировать какие-то гены с помощью РНК-полимеразы. Многие гены транскрибируются лишь в клетках определенных тканей или органов нашего тела. Именно за счет избирательной транскрипции клетки в разных тканях нашего организма оказываются разными по свойствам и функциям, несмотря на то что набор генов во всех клетках тела одинаковый.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.