Универсальность генетического кода

Таблица 9-4. Различия между универсальным генетическим кодом и двумя митохондриальными кодами

В природе синтез белков всегда направлен на формирование определенной первичной структуры и протекает в водных средах при обычных температурах в соответствии с универсальным генетическим кодом под влиянием специфических ферментов. Основная схема этого процесса в настоящее время уже известна. Всю генетическую информацию, обеспечивающую формирование определенной первичной структуры полипептидных цепей и макромолекул белка, несут важнейшие биополимеры, относящиеся к классу сложных полиэфиров, - нуклеиновые кислоты. Эта информация определяется последовательностью соединения друг с другом различных нуклеотидных оснований - звеньев этого полимера. [c.349]

Рождение молекулярной биологии (1940-1960-е годы) означало определение химического и пространственного строения белков, нуклеиновых кислот и молекул других соединений живой материи, а также установление универсальности генетического кода и молекулярного механизма наследственности и изменчивости, общности биохимических принципов метаболизма и морфологического построения всего живого и многое другое. В результате органический мир предстал не как хаотическая и устрашающая своим многообразием совокупность видов и форм, а как иерархически упорядоченная система, имеющая единую молекулярную структурную организацию. [c.9]

Основные понятия. Вся совокупность химических реакций в клетке (или метаболизм) подчиняется принципу биохимического единства, сформулированному голландским микробиологом А. Клюй-вером, который гласит, что в биохимическом отношении все живые существа на Земле сходны. У них единообразие строительных блоков, единая энергетическая валюта (АТФ), универсальный генетический код и в основе своей идентичны главные метаболические пути. Реакции, приводящие к расщеплению и окислению веществ с получением энергии, называются катаболизмом, пути, приводящие к синтезу основных сложных веществ, называют анаболизмом, промежуточные реакции, перестройки одних веществ в другие называют амфиболизмом. [c.106]

Такой удивительный способ самовоспроизведения обусловлен универсальностью генетического кода — единой системой кодирования (и считывания) наследственной информации, свойственной всем известным живым организмам. Если бы код вируса отличался от кода хозяина, тот не мог бы синтезировать нужные ему макромолекулы. [c.90]

Химически агрессивная среда цитоплазмы обычно разрушает такие фрагменты гораздо быстрее, чем с них снимается копия для синтеза белка. Как и все организмы, бактерии живут только благодаря избирательному поглош ению веш,ества из внешней среды. Вероятность захвата фрагмента чужого генома обратно пропорциональна его длине (молекулярному весу) и, следовательно, осмысленности и специфичности содержаш ейся в нем информации. А ведь этот фрагмент предстоит не только прочесть (что возможно благодаря универсальности генетического кода), но и правильно понять , т. е. на основе полученной информации отдельные молекулы должны не только синтезироваться, но и правильно собраться в надмолекулярные функциональные системы клетки. Еще труднее представить себе подобную систему, эффективно работающую в чуждой для нее цитоплазматической среде. Обычно последствия такой работы оказываются негативными для клетки в целом. Иными словами, неспецифический горизонтальный перенос, если и отражается на физиологии клетки, то почти всегда разрушительно. [c.93]

Из общих соображений возможность обмена средствами приспособления в ходе макроэволюции ограничена универсальностью генетического кода и механизмов его матричного копирования и последующей трансляции, выраженной принципом один ген — один фермент (это, заметим, когда до трансляции дело уже дошло). Но уже для механизмов самосборки надмолекулярных функциональных систем клетки роль универсальности слабее. Чем сложнее ( надмолекулярнее ) система даже на химическом уровне (не говоря уж о физиологии и морфологии), тем вероятнее, что, даже если привнесенный текст будет транслирован, он приведет ее к разрушению. [c.94]

Первые исключения из универсальности генетического кода были недавно обнаружены в митохондриях некоторых видов. Во всех случаях было замечено одно общее изменение кодон UGA читался так же, как UGG, и поэтому из кодона-терминатора превратился в кодон для триптофана. Другие изменения были специфическими для каждого вида. У дрожжей кодон UA и, возможно, все семейство UN кодирует треонин вместо лейцина. У млекопитающих AUA имеет то же значение, что AUG, и означает метионин вместо изолейцина. Кодоны AGA и AGG вызывают терминацию цепи, а не кодируют аргинин. Некоторые из этих изменений приводят к упрощению кода-в том смысле, что два кодона, которые имели разное значение, замещаются парой кодонов с одинаковым значением. [c.62]

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]

Первое — это характер данных, используемых для построения тео рии Многое в них представляет собой чуть более, чем роспись на задне плане. Есть лишь одно основание, которое могло бы вызвать серьезно замешательство при размышлении, и им является явная универсальность генетического кода, хотя, как мы видели, она все еще далека от того, чтобы получить веское обоснование. [c.124]

РНК), причем эта информация записана на языке универсального генетического кода. Молекула АТФ является общим переносчиком энергии во всех живых клетках. Двадцать аминокислот составляют белки всех живых организмов и т. д. Для исследователя особенно важно, что воспроизведение макромолекул в живых системах также подчиняется общим принципам. Так, для [c.135]

Многочисленными исследованиями установлена удивительная универсальность генетического кода. Он одинаково проявляет себя в системах, полученных из вирусов, бактерий, водорослей и млекопитающих. Следовательно, он, по-видимому, один во всем органическом мире. Это одно из наиболее убедительных доказательств общности происхождения всей живой природы. [c.58]

Более того, код, которым записана первичная структура белков в ДПК митохондрий, отличается от кода ядерной ДПК. Это открытие поразило многих и приостановило разговоры об универсальности генетического кода (один - для всех). [c.141]

Д. Универсальность генетического кода [c.137]

Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том что генетический код, установленный для Е. соИ, является универсальным. Так, например, в лабораториях Уитмана и Френкель-Конрата препарат РНК, экстрагированный из вируса табачной мозаики, обработали азотистой кислотой известно, что при этом происходит дезаминирование многих остатков цитозина с образованием урациловых остатков, в результате чего кодоны U U (серин) превращаются в UUU (фенилаланин). Аналогичным путем из кодона ССС (пролин) может образоваться СиС (лейцин). Оказалось, что при заражении растений табака препаратом РНК, обработанной азотистой кислотой, аминокислотная последовательность вирусного белка оболочки, выделенного из мутантных штаммов, действительно меняется [22]. Причем многие из происшедших изменений можно было точно предсказать исходя из данных, приведенных в табл. 15-3. Сходным образом, замены аминокислот в дефектных молекулах гемоглобина (рис. 4-17) в большинстве случаев могут быть обусловлены изменением только одного основания. Так, гемоглобин S может образовываться в результате одного из следующих изменений в седьмом кодоне GAA(Glu) GUA(Val) или GAG(Glu)- ->GUG(Val). Еще один аргумент в пользу универсальности генетического кода состоит в способности рибосом и молекул тРНК из Е.соН осуществлять трансляцию цепи мРНК, кодирующей синтез гемоглобина, и синтезировать при этом полноценный гемоглобин [23]. [c.195]

Сборка на поверхности биспирального полинуклеотида формирует комплементарную структуру белка, образующую чехол -полинуклеотида. Чехол может обладать репликазной функцией если комплементарное соответствие между чехлом и ДНК (РНК) не полное и в комплексе возникает механически напряженная конформация. При этом важную роль может играть периодическое изменение внешних условий. Образующиеся нуклеопротеидные комплексы уже способны к авторепродукции, не дающей,, однако, закрепления положительных признаков на дочерней биспирали может синтезироваться оболочка, препятствующая репликации. Возможно, что в системе возникают первичные адапторы типа тРНК. При неполной комплементарности в комплексе наличествуют пустоты, в которые проникают молекулы,, комплементарные, с одной стороны, к биспиралям, с другой,— к одним или нескольким аминокислотам. Адаптор обладает необходимой для этого конформационной гибкостью. Такой механизм может служить первичным механизмом трансляции, возникающим еще до образования универсального генетического кода. [c.550]

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]

Митохондриальная транслирующая система тоже имеет общие черты с бактериальными белоксинтезирующими системами рибосомы митохондрий чувствительны к антибактериальным антибиотикам, синтез белка начинается с N-формилметионина. Однако есть и существенные различия. Самые поразительные из них выявляются при сопоставлении нуклеотидных последовательностей митохондриальных генов с аминокислотной последовательностью кодируемых ими белков. Например, триплет UGA, который служит в универсальном генетическом коде терминирующим кодоном, в митохондриях млекопитающих и дрожжей кодирует триптофан. Кроме того, отличаются значения нескольких других кодонов, причем здесь есть даже различия между кодами, действующими в митохондриях млекопитающих и дрожжей (табл. 9-4). Эти последние различия обусловлены особенностями митохондриальных тРНК, которые кодируются митохондриальным геномом и свойства которых мы подробнее рассмотрим позже. Почему генетический код в митохондриях отличен от кода бактерий и эукариот, пока не ясно. [c.58]

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]

Характерная для живой материи асимметрия существенно усложняет решение проблемы о происхождении жизни в рамках предположения о том, что оно основано на обычных химических процессах известно, что в результате таких процессов из симметричных реагентов образуются рацемические смеси изомеров. Для того чтобы обойти эту трудность, выдвигались различные гипотезы о воздействии на фотохимические реакции циркулярно поляризованного света (возможно, образующегося при прохождении обычного света через кристаллы кварца), о происхождении живого вещества из одной-единст-венной молекулы (которая, разумеется, должна была иметь какую-либо одну конфигурацию), о раздельной кристаллизации двух изомеров из раствора рацемической смеси или стерически избирательной адсорбции на оптически активных кристаллах кварца. Тот факт, что в живой природе встречается только один тип асимметрии (так же как и факт универсальности генетического кода), убеждает в том, что все живое имеет общее происхождение, а не является продуктом постепенного процесса, протекавшего одновременно на всей поверхности земного шара. [c.135]

Вследствие универсальности генетического кода определенная кодирующая последовательность всегда будет содержать одну и ту же информацию. (Единственное исключение-митохондриальные гены, где имеются отличия в генетическом коде, как описано в гл. 4.) Поэтому при встраивании в вектор интактной последовательности, кодирующей эукариотический белок, возможна транскрипция этой последовательности с образованием мРНК, которая может транслироваться в бактерии-хозяине. Единственные отличия состоят в том, что в синтезированном белке могут отсутствовать модификации, имеющиеся в природном клеточном белке, и, конечно, всегда существует риск, что полипептидная цепь в бактериальной клетке окажется нестабильной. Однако при наличии в клетке подходящих условий любая эукариотическая последовательность может быть транслирована с образованием соответствующего белка. [c.244]

Аналогичные исследования генетического кода митохондриальных геномов дрожжей и Neurospora выявили определенные отличия как от универсального генетического кода, так и от кода, используемого в митохондриях человека. В митохондриях дрожжей и Neurospora, так же как и в человеческих митохондриях, триплет UGA считывается не как терминаторный, а как триптофановый кодон. В дрожжевом митохондриальном коде в отличие от всех остальных, включая универсальный, семейство триплетов типа UN кодирует не лейцин, а треонин. Трансляция всего этого семейства, так же как и в митохондриях других организмов, осуществляется с помощью одного типа молекул тРНК, несущих антикодон UAG. Как в дрожжевых, так и в человеческих [c.96]

Открытие способности чужеродной ДНК проникать в клетку хозяина и объединяться с ее геномом привело к возникновению нового направления в молекулярной биологии, получившего назва -ние генной (генетической) инженерии. Генная инженерия — целенаправленное изменение наследственных свойств животных и растений путем синтеза, т. е. создания действующих генов искусственным путем, или извлечения генов из одних организмов и введения их в клетки других организмов. Открытие обратной транскрипции делает в ближайшем будущем реальной наиболее совершенную форму генной инлсенерин — синтез нужных генов и введение их в геном организма, у которого требуется изменить, добавить или исправить какой-либо признак. Теоретической основой генной нн женерии является универсальность генетического кода. [c.171]

Как ж все живое, вирусы в процессе репродукции дают потомство, подобное в основном родительским частицам одиако иногда в результате мутаций могут появиться новые типы, или штаммы. Изучение вирусных штаммов представляет собой одип из наиболее интересных и важных аспектов вирусологии. Результаты анализа мутантов ВТМ, полученных путем химического мутагенеза, внесли существенный вклад в панш представления о природе и универсальности генетического кода. Существование разных штаммов одиого и того же вируса, вызывающих у растепий в полевых условиях различные типы болезни, представляет большой практическххй интерес для фитопатолога. [c.281]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология