ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физический смысл генетического кода из "Молекулярная биофизика" Расшифровка генетического кода — крупнейшее достижение молекулярной биологии, биохимии и биофизики. От постановки задачи до ее решения прошло лишь 10 лет — срок очень малый. [c.589] Установление кода выдвинуло новые проблемы. [c.589] Код есть программа трансляции. Чрезвычайно важно понять условия реализации этой программы. Молекулярные механизмы ответственны за кинетику взаимодействия антикодонов с кодонами, за действие рибосом и ацилирующих ферментов. Сегодня мы почти ничего не знаем об этих механизмах и еще не располагаем физической теорией чтения кода (см. 9.8). [c.589] Генетически кодируется только первичная структура белка. Однако биологические функции определяются его пространственным строением. Первичная структура и пространственное строение однозначно связаны (см. 4.9). Тем самым, генетически закодированы пространственное строение и биологическая функция белка. В то же время естественный отбор идет не по первичной, а по пространственной структуре — по биологическому поведению. [c.589] Различные мутационные замещения по-разному сказываются на строении белка. Из изложенного в 4.6 следует, что мутации, сильно изменяющие гидрофобиость аминокислотного остатка, должны сильнее сказываться на биологических свойствах белка, чем мутации, мало меняющие гидрофобиость. Первый тип мутаций более опасен для существования вида, чем второй. Можно думать, что генетический код построен природой таким образом, чтобы обеспечить преимущество мутациям первого типа. Нужно выявить эти особенности кода. [c.589] Такая формулировка проблемы содержалась в работах [112], где было показано, что код обладает большой надежностью по отношению к неблагоприятным заменам полярных аминокислотных остатков на неполярные и наоборот. Между аминокислотами и кодонами имеется осмысленная корреляция (см. также [ИЗ]). [c.589] Прежде всего следует установить, какой характер имеют мутационные аминокислотные замещения. Мы уже видели, что внутренние аминокислотные остатки в гемоглобине и миоглобине варьируют, но остаются неполярными (сМ-. стр. 232). [c.589] Марголиаш обратил внимание на постоянство расположения полярных (основных) и неполярных остатков в цитохроме с позвоночных пяти видов [114]. В связи с этим Марголиаш писал . .. является ли такое эволюционное постоянство следствием давления отбора на структурные особенности цитохрома или, хотя бы частично, результатом генетической изменчивости. .. Это вопрос, на который сейчас нельзя ответить . Анализ кодового словаря дает искомый ответ [112, 115]. [c.590] Уже отмечалось, что последовательность остатков вблизи активного центра гемоглобинов подчиняется той же закономерности. Большая часть природных мутантов гемоглобина человека характеризуется сохранением класса аминокислоты — чаще всего в мутантах полярная аминокислота заменяется на полярную. И во многих других случаях большая часть мутаций такова, что класс аминокислоты сохраняется. [c.590] Наблюдаемая ситуация может иметь два объяснения. Во-первых, неправильные мутации, меняющие класс аминокислоты, могут быть настолько опасны для функции белка, что онн элиминируются естественным отбором. Эти мутации легальны и поэтому не наблюдаются. Во-вторых, сам генетический код может быть устроен таким образом, что он обеспечивает преимущества для правильных мутаций. Рассмотрим подробно вторую возможность. [c.590] Всего 350 (т. е. 66,5%) правильных замен и 176 (33,5%) неправильных . Вероятность правильной мутации вдвое больше, чем вероятность неправильной . [c.590] В среднем по всем трем нуклеотидам имеем 870 кал/моль, что существенное меньше величины 1280 кал моль для случайного замещения аминокислот. [c.591] Средняя разность степеней гидрофобности исходной и замещающей аминокислот для 70 мутанов человеческого гемоглобина составляет 834, средняя разность для шести цитохромов с (безпозвоночных и позвоночных) 900, средняя разность для мутантов триптофан-синтетазы А [116] кал моль. [c.591] Наиболее опасно замещение среднего нуклеотида у. [c.591] Оно приводит, к наибольшим изменениям гидрофобности. Наименее опасно замещение 2. [c.591] Эта закономерность выражает физический смысл кодового словаря. Преимущество правильных мутаций определяетсл пространственным строением белка в водном окружений и, тем самым, особыми физическими свойствами воды. Таким образом, корреляция кодонов с аминокислотами продиктована физикой воды. Код обладает высокой, хотя и не абсолютной, надежностью по отношению к неправильным мутациям. [c.591] Молекулярный механизм, определяющий корреляцию кодонов и аминокислот, заключен в ацилирующем ферменте, обеспечивающем присоединение надлежащей аминокислоты к надлежащей тРНК, т. е. корреляцию между антикодоном тРНК и аминоациладенилатом. [c.592] По-видимому, фермент чувствителен как к аминокислоте, так и к структуре тРНК как целого. Мы еще очень мало об этом знаем. Не исключено, что фермент обладает аллостерическими свойствами (см. 7.5). [c.592] Румер отметил, что 16 дублетов ху можно сгруппировать в два октета так, чтобы в первом октете содержались дублеты ху, которые однозначно, независимо от z, определяют кодируемый остаток, а во втором октете — дублеты ху, кодирующие одни остатки при z = пурин, а другие при z = пиримидин (табл. 9.6) ([118], ср. [119]). [c.592] Вернуться к основной статье