Жизнь как она есть: её зарождение и сущность

Крик Фрэнсис

Приложение. Генетический код

Генетический код — это небольшой словарь, который устанавливает связь между языком нуклеиновых кислот из четырех букв и языком белков из двадцати букв. Каждый триплет оснований соответствует определенной аминокислоте, за исключением трех триплетов, которые обозначают завершение полипептидной цепи. Код изложен в стандартной форме, воспроизводимой в противоположной, понять которую, вследствие использования аббревиатур, можно за одну-две минуты. Четыре основания информационной РНК представлены своими первыми буквами: Урацил, Цитозин, Аденин, Гуанин. Каждая из двадцати аминокислот представлена тремя буквами, обычно первыми тремя буквами своего названия. Таким образом, ГЛИ означает Глицин, ФЕН — Фекилаланин.

В качестве примера рассмотрим левый

угол кода. Мы видим, что как УУУ, так и УУЦ кодируют фенилаланин, поскольку в этой позиции записано ФЕН. В нижнем правом углу мы видим, что глицин (ГЛИ) закодирован всеми четырьмя триплетами, которые начинаются с ГГ, то есть ГГУ, ГГЦ, ГГА и ГГГ. Большинство аминокислот имеют несколько так называемых «кодонов», но триптофан имеет только один, УГГ, также как и метионин, АУГ.

Довольно удивительно, но триплет АУГ также является частью сигнала «начало цепочки», поскольку все цепочки начинаются с метионина или его близкого родственника. Эта исходная аминокислота обычно отщепляется до завершения синтеза белка.

Приведенный ниже код — это стандартный код, которым пользуется огромное большинство систем по синтезу белка, обнаруженных у животных, в растениях и в микроорганизмах. В этой схеме не отражены недавно установленные некоторые незначительные отклонения. В соответствии с этой новой информацией, гены внутри митохондрий человека используют для обозначения триптофана как УГА, так и УГГ. УАА кодирует скорее метионин, чем изолейцин. Таким образом, в митохондриях человека все аминокислоты кодируются, по крайней мере, двумя триплетами. Вместо обычных трех существует четыре СТОП [7] кодона (УГА теперь обозначает триптофан), поскольку АГА и АГГ также кодируют скорее СТОП, а не аргинин.

7

Аббревиатура СТОП обозначает три триплета, которые могут завершать полипептидную цепь.

Другие виды митохондрий, например, такие как у дрожжей, похожи, хотя отклонения от стандартного кода не полностью совпадают с отклонениями митохондрий человека.

РНК и генетический код

РНК очень похожа на ДНК. Вместо сахара дезоксирибозы, она содержит обычную рибозу (отсюда название РибоНуклеиновая Кислота), которая имеет одну -ОН-группу, дезоксирибоза которой имеет -Н-группу. Три из четырех оснований (А, Г и Ц) идентичны основаниям ДНК. Четвертое, Урацил (У), является близким родственником Тимина (Т), поскольку тимин — это как раз урацил с —CHз-группой, заменяющей -H-группу. Это оказывает незначительное влияние на спаривание оснований. У образует пару с А так же, как в ДНК, Т спаривается с А. Можно сказать, что РНК пользуется тем же самым языком, что и ДНК, но с другим акцентом. РНК может образовывать двойную спираль, похожую на двойную спираль ДНК, но не вполне ей идентичную. Она может также образовывать смешанную двойную спираль, в которой одна цепочка принадлежит РНК, а другая — ДНК. В общем и целом, длинные двойные спирали РНК встречаются редко, молекулы РНК обычно однонитевые, хотя часто свертываются на себя в обратную сторону с целью образования коротких отрезков двойной спирали.

Как установлено, в современных организмах РНК используется с тремя целями. В немногих мелких вирусах, таких как вирус полиомиелита, она используется вместо ДНК в качестве генетического материала. Некоторые вирусы имеют однонитевую РНК, а другие двунитевую. РНК используется также в структурных целях. Рибосомы, сложное собрание макромолекул, которые являются фактическим местом синтеза белка, состоят из нескольких структурных молекул РНК, которым содействуют несколько десятков различных молекул белка. Молекулы, которые служат местом стыковки аминокислоты и связанного с ней триплета оснований, также созданы из РНК. Это семейство молекул РНК называется тРНК (транспортные РНК) и используется для перемещения каждой аминокислоты в рибосому, где она будет добавлена в растущую полипептидную цепь, которая, по завершении, станет свернутым белком.

Третья и, возможно, самая важная цель использования РНК клеткой — это информационная РНК. В повседневной деятельности клетка пользуется не самой ДНК, а вместо этого сохраняет ее в качестве архивной копии. В рабочих целях она создает множество копий РНК избранных участков ДНК. Именно эти ленты информационной РНК направляют процесс синтеза белка на рибосомах, используя генетический код, кратко описанный в приложении.

При любом обстоятельном обсуждении проблемы возникновения жизни свойства молекул тРНК принимают угрожающие размеры, поскольку существует сильное подозрение, что сначала появились именно они или их упрощенный вариант, если не в самом начале зарождения системы саморепликации, то, по крайней мере, вскоре после этого. Молекулы однонитевой нуклеиновой кислоты и, в частности, РНК часто свертываются на себя, поворачиваясь в обратную сторону для создания коротких отрезков двойной спирали там, где позволяет последовательность оснований. Молекулы тРНК — отличный тому пример. Остов не свисает свободно, а сворачивается в относительно компактную и довольно сложную структуру. Это выявляет в одной точке набор из трех оснований (он называется антикодоном), который спаривается с соответствующими тремя основаниями (они называются кодонами) информационной РНК. тРНК действует в качестве адаптера, с аминокислотой на одном конце и антикодоном на другом, поскольку механизма, с помощью которого аминокислота может распознать кодон (соответствующий триплет оснований на информационной РНК) прямым методом, не существует. Поэтому специфика современного генетического кода воплощена в наборе молекул тРНК, по крайней мере, одного типа (и обычно больше) для каждой аминокислоты, которая соединяется с каждой аминокислотой соответствующих молекул тРНК. Информация для создания всех этих важных компонентов для синтеза белка (и многого другого) сейчас закодирована в генах, в соответствующих участках ДНК.

Литература для дальнейшего чтения

Goldsmith, Donald, Editor, The Origin for Extraterrestrial Life. A Book of Readings. Mill Valley, California: University Science Books, 1980.

Это сборник статей (с комментариями редактора), первая из которых написана Джордано Бруно и опубликована в 1584 году. Большая часть статей написана относительно недавно. В сборник вошла первая наша совместная с Оргелом статья о направленной панспермии. Некоторые из них носят довольно специальный характер, но широкого читателя непременно сможет пленить очарование большей их части.

Jastrow, Robert, and Malcolm M.Thompson, Astronomy: Fundamentals and Frontiers. New York: John Wiley and Sons, Inc., Second Edition,

Отличное руководство для образованного читателя, поскольку оно специально предназначено для студентов-гуманитариев. Хотя здесь нет математики, материал изложен на довольно продвинутом уровне. Самая слабая часть — раздел в конце книги о вирусах.

Miller, Stanley L., and Leslie E.Orgel, The Origins of Life on Earth. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, Inc., 1974.

Изложение на основе самых последних достижений науки подходит для любого читателя, имеющего научную степень в любой области.

Orgel, Leslie Е., The Origins of Life. New York: John Wiley and Sons,

Эта интересная книга, пожалуй, несколько труднее настоящего руководства, она написана с учащимися средней школы, занимающимися научной деятельностью, но все же может быть понятна широкому кругу читателей.

Stryer, Lubert, Biochemistry. San Francisco: W. H. Freeman & Company, Second Edition, 1981,

Watson, James D., Molecular Biology of the Gene. Menlo Park, California: W. A. Benjamin, Inc., Third Edition, 1976.

Обе книги на самом деле являются учебниками для студентов колледжей, но они обе написаны в живой, интересной манере и могли бы послужить дальнейшим источником для чтения любому, кто желает глубже вникнуть в химические основы современной биологии. Различие между биохимией и молекулярной генетикой не должно нам мешать. Как сказал Артур К. Фрицман (Arthur К. Fritzman): «Теперь мы все специалисты по молекулярной биологии».