Эволюция генетического кода

Наилучший способ менять содержание информации, заложенной в макромолекуле,— использование остова той или иной природы, к которому присоединены различные наборы боковых цепей. Каждая из таких боковых цепей может нести сведения о том, каким именно образом она должна взаимодействовать с другими боковыми цепями или с соответствующим субстратом для осуществления специфического разрыва или образования химической связи. Следует вспомнить также о белково-нуклеиновых взаимодействиях, принципиально важных для эволюции генетического кода. [c.16]

Сравнение существующих метаболических путей образования аминокислот с генетическим кодом показывает, что связанные метаболически между собой аминокислоты коррелируют также н в отношении их кодонов [10]. Это делает весьма привлекательной идею параллельной эволюции генетического кода и метаболизма а также указывает на наличие исторической иерархии аминокис лот. Более простые аминокислоты, как Gly, Ser, Ala, Asp и Glu считаются ранними в отличие от более сложных аминокислот, на пример Met, His и Asn. Однако последовательное появление амино кислот не отражено в существующих белковых структурах, по скольку аминокислотные остатки белков в известной мере заменяе мы поэтому корреляция с ранними периодами жизни в настоящее время вряд ли правомерна. [c.18]

Окончание белкового синтеза-это необычная реакция, так как при этом происходит непосредственное узнавание терминирующего кодона белковым фактором. Поскольку эта реакция совершенно отличается от взаимодействия кодон-антикодон, характерного для инициации и элонгации, то, по-видимому, совсем не обязательно, чтобы и в терминации участвовала последовательность, состоящая из трех нуклеотидов. Очевидно, этот факт отражает некоторые аспекты эволюции генетического кода. [c.85]

Во второй части появилась совершенно новая глава 16, посвященная регуляции экспрессии генов эукариот. Она в основном содержит результаты успешных исследований рекомбинантных ДНК. Материал главы, носившей этот номер, обновлен и составляет главу 17 Генетический анализ процессов развития . Новая глава 18 Генетика соматических клеток включает впечатляющие результаты исследований по картированию генома человека. Главы 11 и 12 обновлены с тем, чтобы отразить наше углубившееся понимание эволюции генетического кода и пот токов информации в клетках о главах 13 и 14 уже говорилось выше. [c.8]

Почему число отобранных типов аминокислот равно именно 20 Этот вопрос также связан с механизмом трансляции. На рис. 1.5,аг в порядке дискуссии даны некоторые трансляционные схемы существующего генетического кода. При дублетном варианте (длина кодона равна двум нуклеотидам) с помощью четырех разных нуклеотидов можно закодировать 4 = 16 аминокислот. Однако для длины кодона природа выбрала не два, а три нуклеотида. Для пояснения этого факта напомним, что длина кодона связана с решающим шагом в трансляции — опознанием нуклеотидной последовательности информационной РНК путем спаривания оснований нуклеотида с небольшой доставляющей аминокислоты транспортной РНК. Можно предположить, что при дублетном коде не оказалось оснований с достаточно большими константами ассоциации, и поэтому кодон должен был увеличиться до триплета, чтобы обеспечить специфическое узнавание. С помощью четырех различных нуклеотидов триплетный код может распознавать 4 = 64 аминокислоты. Однако используются только 0 аминокислот. Для объяснения этого факта нужно предположить, что генетический код развивался и что его эволюция остановилась на полпути. [c.17]

По-видимому, генетический код сформировался на очень ранних стадиях жизни. Как обсуждалось ранее, изменения генетического кода предельно заторможены. Так, совершенно невозможно изменение длины кодона, поскольку это уничтожило бы всю накопленную генетическую информацию и привело бы к катастрофе. Однакс на очень ранних стадиях эволюции, когда организмы были значительно менее совершенны, чем теперь, изменение числа нуклеотидов или аминокислот было, по-видимому, реальным, при условии что оно происходило постепенно. Именно таким образом можна представить себе эволюцию кода в течение определенного периода. [c.17]

Оказалось, что вырожденность генетического кода имеет несомненный биологический смысл, обеспечивая организму ряд преимуществ. В частности, она способствует совершенствованию генома, так как в процессе точечной мутации, вызванной химическими или физическими факторами, возможны различные аминокислотные замены, наиболее ценные из которых отбираются в процессе эволюции. [c.522]

Физический смысл и происхождение генетического кода. Код не является случайным, по-видимому, он возник в ходе добиологической эволюции. Физика призвана раскрыть внутренние закономерности кода и построить теоретическую модель его эволюции. [c.220]

После стадий образования мономеров и полимеров, после ком-парт.ментации или одновременно с ней, как можно думать, возникало каталитическое взаимодействие полинуклеотидных и полипептидных систем. Переход к биологической эволюции связан, очевидно, с возникновением генетического кода. [c.537]

Последующая эволюция, по Куну, состояла в возрастании независимости системы от весьма специфического окружения вследствие ее возрастающей сложности. Информационные аспекты возрастания сложности рассмотрены далее ( 17.9). Это происходило опять-таки путем чередования дивергентных и конвергентных фаз. Конвергентная фаза означала уточнение имеющейся организации, дивергентная — перестройку системы и создание новой информации. В результате такой перестройки расширялось жизненное пространство. Ассоциаты увеличивались, проникали в более крупнопористые области. Далее они служили катализаторами (матрицами) для синтеза второго сорта макромолекул (белков), которые создавали компартменты, закупоривая поры в минералах и препятствуя диффузионному разделению матричных молекул. Создавалась обратная связь между полинуклеотидами, ответственными за синтез полипептидов, и этими полипептидами. Возникали мембраны, которые делали систему независимой. Возникал — в качестве побочного продукта эволюционного развития — генетический код. Соответственно появлялись примитивные ферменты. [c.549]

Возникновение генетического кода может определяться двумя механизмами. Во-первых, в согласии с теорией Эйгена, возможно-преимущественное выживание объектов с белковой оболочкой,, обеспечивающей наибольшую скорость репликации. В результате-такого отбора может возникнуть совокупность объектов с одинаковыми белковыми чехлами, но с различными последовательностями нуклеотидов. Одной последовательности аминокислот будет соответствовать несколько последовательностей нуклеотидов. Однако в этом случае эволюция может прекратиться в результа- [c.550]

Нуклеиновые кислоты содержатся в каждой живой клетке. ДНК служит носителем генетической информации. Это обусловлено тесной связью между двумя витками спиралей нуклеиновых кислот, которая основана на очень специфических водородных связях между адениновым (А) остатком одного витка и тиминовым (Т) остатком другого витка, который расположен строго напротив первого, а также между цитозиновым (Ц) остатком одного витка и гуаниновым (Г) остатком другого. Такое образование пар абсолютно специфично аденин не может образовывать мультивалентные водородные связи с гуанином или цитозином, а цитозин не может образовывать связи с тимином или аденином. Изумительно, что вся наследственность и эволюция зависят от двух групп водородных связей Генетический код для синтеза определенной аминокислоты обус- [c.578]

Было ясно, однако, что структура генетического кода должна быть весьма консервативной, устойчивой в ходе эволюции. В самом деле, представим себе, что код внезапно изменился. Пусть даже совсем немного — один из кодонов поменял свой смысл, то есть стал соответствовать другой аминокислоте. [c.32]

Явление сплайсинга РНК вполне обычно для эукариотических клеток, т.е. клеток, имеющих ядро. Считают, что для прокариотических клеток, не содержащих отчетливо выраженных ядер, сплайсинг отсутствует. Это единственная главная стадия экспрессии генов, существенно различающая клетки двух названных типов. Поэтому интересно исследовать, как влияет сплайсинг РНК на экспрессию генов. Помимо этого необходимо выяснить, не являются ли интроны в генетическом коде ответственными за эволюцию эукариотических генов. [c.181]

Очевидно, что генетический код возник в ходе длительной биохимической эволюции. Спрашивается, имеется ли какая-нибудь внутренняя логика в генетическом словаре или соответствие кодонов аминокислотам совершенно случайно Естественно думать, что код должен выражать логику эволюции, логику естественного отбора и, следовательно, обладать внутренним смыслом. Смысл этот нужно открыть. Здесь приходит на помощь молекулярная физика. [c.285]

Для более полного представления о вирусах необходимо знать их происхождение в процессе эволюции. Существует предположение, хотя и недоказанное, что вирусы — это генетический материал, некогда сбежавший из прокариотических и эукариотических клеток и сохранивший способность к воспроизведению при возвращении в клеточное окружение. Вне клетки вирусы находятся в соверщенно инертном состоянии, однако они обладают набором инструкций (генетическим кодом), необходимых для того, чтобы [c.33]

Универсальность кода для всех ныне существующих организмов свидетельствует о том, что код оставался неизменным на протяжении длительных периодов эволюции. Можно представить себе два альтернативных объяснения столь высокой стабильности генетического кода. Первое из них, так называемая стереохимическая теория , утверждает, что существует стерическая взаимосвязь между нуклеотидным триплетом кодона (или антикодона) и боковой цепью аминокислоты, которую этот кодон определяет. Следует отметить, что это предположение противоречит ходу рассуждений Крика, которые привели к предсказанию существования [c.458]

Нуклеиновые кислоты, прежде всего ДНК, являются материальными носителями наследственной информации и определяют видовую специфичность организма, сложившуюся в ходе биологической эволюции. Важно уяснить, что носителями наследственной (генетической) информации являются именно пуриновые и пиримидиновые основания, подобно тому, как боковые заместители аминокислот определяют пространственное строение и функциональные свойства белков. Сочетания трех рядом стоящих нуклеотидов в цепи ДНК называются триплетами оснований, или кодонами. Сумма всех кодонов ДНК составляет генетический код (см. главу 12). Молекула ДНК организована в клетке в структурные единицы — гены. Гены, в свою очередь, локализованы в хромосомах, которые находятся в ядре животных или растительных клеток. Именно ген содержит информацию, определяющую фенотипический признак орга- [c.285]

Первые идеи о природе генетического кода содержали представления о прямой связи ДНК с белком, что могло бы обеспечиваться стереохимическим соответствием. Еще и теперь высказываются предположения о том, что современный код мог бы в процессе эволюции пройти через стадию, когда действовал именно такой механизм. Однако в ныне существующем виде дешифровка кода происходит с участием сложного аппарата, который связан и. с ДНК, и с белком (и участие которого необходимо, если в ДНК заложена существенная информация). [c.57]

В ходе эволюции у прокариотических и эукариотических организмов сформировались системы биосинтеза белка, которые по структурной организации существенно отличаются друг от друга. С учетом этого обстоятельства, а также того, что сам процесс узнавания кодонов может подвергаться определенным генетически обусловленным модификациям, можно только удивляться тому, что как прокариоты, так и эукариоты используют совершенно идентичный генетический код, представленный в табл. 12.1. Универсальность генетического кода-наиболее серьезное подтверждение эволюционных представлений, согласно которым все организмы произошли от одного общего предка. Именно поэтому весьма неожиданным оказалось, что генетический код митохондрий, как было впервые установлено в 1979 г., характеризуется отличными от обычных значениями некоторых кодонов и некоторыми особыми правилами узнавания кодонов. [c.95]

Поскольку РПК является линейным полимером, состоящим из нуклеотидов четырех типов, то всего имеется 4 = 64 возможных триплета (напомним, что важное значение имеет последовательность нуклеотидов триплета). Учитывая, что в белках находят всего 20 различных аминокислот, можно сделать вывод, что большинство аминокислот должно кодироваться несколькими триплетами другими словами генетический код вырожден. Генетический код, представленный на рис. 3-15, оказался чрезвычайно консервативным в эволюции за небольшими исключениями он остается одинаковым у таких разных организмов, как бактерии, растения и человек. [c.132]

Однако еще до появления жизни на Земле должен был происходить процесс саморепликации. Каким образом Разумно предположить, что фундаментальное значение для репликации нуклеиновых кислот и эволюции генетического кода имели специфические иуклео-нуклеиновые и пуклео-белковые взаимодействия [48]. Подобные процессы узнавания зависят от последовательности оснований и аминокислот. Согласно Мак-Элрою [49], такие взаимодействия, вероятно, играли ключевую роль при образовании белково-нуклеиновых комплексов и имели фундаментальное значение на ранних стадиях эволюции макромолекул. [c.185]

Эта идея подтверждается значительной вырож/енностью третьей, позиции кодона (рис. 1.5, б). Наиболее вероятной начальной точкой существующего является, по-видимому, триплетный код, использующий два комплементарных нуклеотида. В этом случае значимы только первые две позиции каждого кодона, так что один триплет кодирует лишь четыре разные аминокислоты. На следующем этапе эволюции добавилась еще одна пара комплементарных нуклеотидов, что дало возможность кодировать 16 аминокислот. Наконец, приданием значимости третьей позиции кодона была введена некоторая вырожденность. Когда организмы стали настолько совершенными, т. е. настолько конкурентоспособными, что любое изменение типа хотя бы одной аминокислоты оказывалось опасным,, а иногда и летальным, генетический код остановился в своем развитии. Таким образом, было зафиксировано число аминокислотных остатков, равное 20. [c.17]

Эволюционный путь, начинающийся от случайного набора частот встречаемости аминокислот, приводит к установлению существующих частот встречаемости. Как показали Кинг и Джукс, данные которых иллюстрируются на рис. 9.1, а, существует строгая корреляция между наблюдаемыми частотами встречаемости аминокислот и теми, которые можно ожидать при применении существующего генетического кода (рис. 1.5, б) к случайным нуклеотидным последовательностям в ДНК [144[. Эта корреляция явно указывает на случайность замен аминокислот, что подтверждает гипотезу эволюции, выдвигаемую нейтралистами [496]. Можно ли согласовать эти данные с установленным фактом консервативности замен аминокислот, т. е. с тем, что эволюция белка в значительной степени определяется отбором По-видимому, можно. [c.204]

Другой отличительной особенностью генетического кода является его непрерывность, отсутствие знаков препинания , т.е. сигналов, указывающих на конец одного кодона и начало другого. Другими словами, код является линейным, однонаправленным и непрерывающимся АЦГУЦГАЦЦ. Это свойство генетического кода обеспечивает синтез точной и в высшей степени упорядоченной последовательности аминокислотных остатков в молекуле белка. В противном случае последовательность нуклеотидов в кодонах будет нарушена и приведет к синтезу бессмысленной полипептидной цепи с измененной структурой и непредсказуемой функцией. Следует указать еще на одну весьма существенную особенность кода-его универсальность для всех живых организмов от Е. соИ до человека. Код не подвергся существенным изменениям за миллионы лет эволюции. [c.522]

Эти соображения разумны, по вопрос о возникновении гиперцикла, генетического кода, аппарата трансляции остается в теории Эйгена открытым. Мы не можем счита- ь, что эти события произошли случайно, с очень малой вероятностью. Если бы это было так, то само возникновение жизни имело бы исчезающе малую вероятность. Мы ищем модельное истолкование добиологической и биологической эволюции, объясняющее их закономерное возникновение. [c.548]

Несколько слов о сущности механизма помехоустойчивости генетического кода. Этот механизм, возникший в процессе эволюции, является защитным, предохраняющим генетический код от всякого рода флюктуаций внешней среды. Или, другими словами, механизм помехоустойчивости предотвращает превращение систематизированной структурной информации в бессистемную при воздействии на ДНК неизбежного фона помех. Суть этого защитного механизма определяется одним из свойств генетического кода, получившего название вырожденпости. Понятие вы-рождепности означает существование серии триплетов, или кодонов, имеющих разную последовательность или разный состав азотистых оснований, но обладающих одинаковыми информационными свойствами, т. е. явление вырожденпости означает, что несколько триплетов могут кодировать одну и ту же аминокислоту. [c.161]

Иными словами, напрасно мы считаем себя первоотрывателями универсальности генетического кода (Нобелевская премия 1968 г. по физиологии и медицине). Первыми это сделали задолго до нас предки вирусов, которые в дальнейшем научились порабощать хозяйские клетки. Таким же путем пошли многие эндопаразиты, использующие внутреннюю среду хозяина в качестве собственной среды обитания. Это, в частности, глисты (паразитические черви), отказавшиеся от кишечника и сохранившие лишь последнюю — внутриклеточную — стадию пищеварения. Но поскольку трудно найти другое столь же универсальное свойство живого, как генетический код (разве что выработка энергии в клетках молекулами АТФ), можно сказать, что ни одна группа паразитов не нашла столь обширного поля для применения своего открытия , как вирусы. Им доступны любые организмы, чем и обусловлено их повсеместное присутствие в биосфере. Более того, эволюция непрерывно увеличивает разнообразие потенциальных клеток-хозяев и, стало быть, разнообразие вирусов, которые могут в них паразитировать. [c.90]

Самым значимым свойством генетического кода является его универсальность, т. е. он в основном одинаков у организмов, стоящих на разных уровнях развития у человека, растений, вирусов, бактерий. Такая универсальность генетического кода легла в основу генной инженерии (см. главу 19). Например, рибосомы и молекулы тРНК в кишечной палочке Е. соИ могут осуществлять трансляцию цепи мРНК, кодирующей синтез гемоглобина, и синтезировать полноценный гемоглобин. Универсальность кода свидетельствует также о древности его происхождения и консервативности, в результате которой даже при длительной эволюции важнейшие особенности метаболизма сохраняются неизменными. Сходство генетического кода у разных организмов — это прямое доказательство того, что все живые организмы произошли от единого предка. [c.367]

Пожалуй, самой впечатляющей особенностью генетического кода является его универсальность. Так, все кодоны, входящие в состав мРНК, кодирующей аминокислотную последовательность куриного овальбумина, имеют абсолютно такой же смысл, что и в мРНК, кодирующих аминокислотные последовательности белков Е. соИ, фага фХ174, табака или человека. И в то же время, как мы еще увидим в этой главе, нельзя сказать, что генетический код абсолютно не подвержен эволюции. [c.67]

Методы клонирования и секвенирования ДНК позволили провести тщательный сравнительный анализ генетической организации митохондриальных геномов у целого ряда организмов, от грибов до человека. Определение полной нуклеотидной последовательности человеческой митохондриальной ДНК, содержащей 16 569 нуклеотидных пар, было завершено в 1981 г. Известны также частичные последовательности митохондриальных геномов быка, дрожжей и Neurospora. Полученные результаты свидетельствуют о том, что митохондриальные геномы высших и низших эукариот, кодирующие примерно один и тот же набор функций, в то же время характеризуются различиями в смысловом значении некоторых кодонов, в правилах антикодон-кодонового узнавания и существенными различиями в общей структурной организации. Можно полагать, что существенным фактором эволюции митохондриальных геномов была селекция на максимальную структурную компактность при максимальной информационной нагруженности (см. Дополнение 12.1). Это, вероятно, достигалось за счет таких изменений генетического кода, которые позволили сократить необходимый для считывания набор тРНК. При этом митохондрии млекопитающих, характеризующиеся наиболее компактной организацией генома, подверглись соответ- [c.95]

Подобные наблюдения нетрудно объяснить. Рассмотрим процесс возникновения в ходе эволюции новой анатомической особенности, скажем удлиненного клюва. Случайная мутация изменяет аминокислотную последовательность белка и. следовательно, его биологическую активность. Измененный белок может повлиять на клетки, ответственные за образование клюва таким образом, что в результате получится более длинный клюв. Но мутация должна быть совместима с развитием остальных частей организма - лишь в этом случае она будет подхвачена естественным отбором. Удлинение клюва вряд ли окажется выгодным, если оно сочетается с утерей языка или отсутствием ушей. Такие катастрофические последствия более вероятны в случае мутаций, затрагивающих ранние стадии индивидуального развития, чем в случае мутаций, влияющих на его поздние этапы Ранние эмбриональные клетки подобны картам в основании карточного домика - от них зависит слишком многое, и даже незначительное изменение их свойств скорее всего приведет к печальным последствиям. Ранние стадии индивидуального развития оказались замороженными - так же точно, как в биохимической организации клеток заморожены генетический код и механизмы биосинтеза белка. В отличие от этого клетки, образующиеся на последних стадиях развития, имеют больше возможностей для изменений. Вероятно, именно по этой причине на ранних стадиях развития эмбрионы разных видов столь часто бывают похожи друг на друга и в процессе индивидуального развития, вршимо. нередко повторяют пройденные ими этапы эволюции. [c.48]

В 1960-е годы была обнаружена громадная генетическая изменчивость на уровне белков и соответственно ДНК. С помощью методов определения аминокислотных последовательностей удалось выявить различия между гомологичными белками разных видов, а также между родственными белками одних и тех же видов. Изучение генетического кода вскрыло новые источники изменчивости, нуждающиеся в дальнейшем исследовании. Огромное количество ДНК, обнаруженное в эукариотической клетке (разд. 2.3.1.1), породило вопрос о функции избыточной ДНК и возможной причине этого феномена. Связаны ли большое количество ДНК и ее значительная изменчивость с естественным отбором, как это предполагалось неодарвинов-ской теорией эволюции, или же на молекулярном уровне большее значение имеют случайные процессы Если бы решающим фактором был, как это предполагалось общепринятой синтетической теорией, отбор, то его действие испытывало бы огромное число сайтов ДНК. [c.21]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология