Le code génétique, exprimé en codons, estun système de codage des informations sur la structure des protéines, inhérente à tous les organismes vivants de la planète. Son décodage a pris une décennie, mais le fait qu'il existe est compris par la science depuis près d'un siècle. L'universalité, la spécificité, l'unidirectionnalité et surtout la dégénérescence du code génétique sont d'une grande importance biologique.
Le problème du codage de l'information génétiquea toujours été un élément clé de la biologie. La science a progressé lentement vers la structure matricielle du code génétique. Depuis la découverte de la structure double hélicoïdale de l'ADN par J. Watson et F. Crick en 1953, l'étape de démêler la structure même du code a commencé, ce qui a inspiré la croyance en la grandeur de la nature. La structure linéaire des protéines et la même structure de l'ADN impliquaient la présence d'un code génétique comme correspondance de deux textes, mais écrits en utilisant des alphabets différents. Et si l'alphabet des protéines était connu, alors les signes de l'ADN sont devenus le sujet d'étude des biologistes, des physiciens et des mathématiciens.
Cela n'a aucun sens de décrire toutes les étapes pour résoudre ce problèmepuzzles. Une expérience directe, qui a prouvé et confirmé qu'il existe une correspondance claire et cohérente entre les codons d'ADN et les acides aminés protéiques, a été réalisée en 1964 par C. Janowski et S. Brenner. Et puis - la période de décodage du code génétique in vitro (in vitro) en utilisant des techniques de synthèse protéique dans des structures sans cellules.
Entièrement décodé E. Coli a été dévoilé en 1966 lors du Cold Spring Harbor Biological Symposium (USA). Puis la redondance (dégénérescence) du code génétique a été découverte. Ce que cela signifie a été expliqué assez simplement.
Obtention de données sur le décryptage des héréditairescoda est devenu l'un des événements les plus significatifs du siècle dernier. Aujourd'hui, la science continue d'étudier en profondeur les mécanismes du codage moléculaire et ses caractéristiques systémiques ainsi qu'une surabondance de signes, qui exprime la propriété de dégénérescence du code génétique. Une branche d'étude distincte est l'émergence et l'évolution du système de codage des matériaux héréditaires. Les preuves de la relation entre les polynucléotides (ADN) et les polypeptides (protéines) ont donné une impulsion au développement de la biologie moléculaire. Et cela, à son tour, à la biotechnologie, à la bio-ingénierie, aux découvertes en sélection et en culture végétale.
Le dogme principal de la biologie moléculaire est que l'information est transférée de l'ADN à l'ARN messager, puis de celui-ci à la protéine. Dans le sens opposé, le transfert est possible de l'ARN à l'ADN et de l'ARN à un autre ARN.
Mais l'ADN reste toujours la matrice ou la base. Et toutes les autres caractéristiques fondamentales du transfert d'informations reflètent cette nature matricielle du transfert. A savoir, transmission par synthèse sur une matrice d'autres molécules, qui deviendront la structure de la reproduction de l'information héréditaire.
Codage linéaire de la structure des molécules de protéinesest réalisée à l'aide de codons complémentaires (triplets) de nucléotides, dont il n'y en a que 4 (adéine, guanine, cytosine, thymine (uracile)), ce qui conduit spontanément à la formation d'une autre chaîne nucléotidique. Un nombre égal et une complémentarité chimique des nucléotides est la condition principale d'une telle synthèse. Mais lorsqu'une molécule protéique est formée, il n'y a pas de qualité de correspondance entre la quantité et la qualité des monomères (les nucléotides d'ADN sont des acides aminés protéiques). C'est le code héréditaire naturel - un système pour enregistrer dans la séquence de nucléotides (codons) la séquence d'acides aminés dans une protéine.
Le code génétique a plusieurs propriétés:
Donnons une brève description, en nous concentrant sur la signification biologique.
Chacun des 61 acides aminés correspond à untriplet sémantique (triplet) de nucléotides. Trois triplets ne portent pas d'informations sur l'acide aminé et sont des codons stop. Chaque nucléotide de la chaîne fait partie d'un triplet et n'existe pas seul. A la fin et au début de la chaîne de nucléotides responsables d'une protéine, il y a des codons stop. Ils démarrent ou arrêtent la traduction (synthèse d'une molécule protéique).
Chaque codon (triplet) n'en code qu'un seulacide aminé. Chaque triplet ne dépend pas du voisin et ne se chevauche pas. Un nucléotide peut être inclus dans un seul triplet de la chaîne. La synthèse des protéines se déroule toujours dans une seule direction, qui est régulée par des codons stop.
Chaque triplet de nucléotides en code unacide aminé. Il y a 64 nucléotides au total, 61 d'entre eux codent pour des acides aminés (codons sens), et trois sont sans signification, c'est-à-dire qu'ils ne codent pas pour un acide aminé (codons stop). La redondance (dégénérescence) du code génétique réside dans le fait que des substitutions peuvent être faites dans chaque triplet - radical (conduisant à une substitution d'un acide aminé) et conservateur (ne change pas la classe d'un acide aminé). Il est facile de calculer que si 9 substitutions (1, 2 et 3 positions) peuvent être effectuées dans un triplet, chaque nucléotide peut être remplacé par 4-1 = 3 autres variantes, alors le nombre total de variantes possibles de substitutions de nucléotides sera de 61 par 9 = 549.
La dégénérescence du code génétique se manifeste parle fait que 549 variantes est bien plus que ce qui est nécessaire pour coder des informations sur 21 acides aminés. Dans le même temps, sur 549 variantes, 23 substitutions conduiront à la formation de codons stop, 134 + 230 substitutions sont conservatrices et 162 substitutions sont radicales.
Si deux codons ont deux du même premiernucléotides, et les autres sont représentés par des nucléotides de la même classe (purine ou pyrimidine), puis ils portent des informations sur le même acide aminé. C'est la règle de la dégénérescence ou de la redondance du code génétique. Deux exceptions - AUA et UGA - la première code pour la méthionine, bien qu'elle aurait dû être de l'isoleucine, et la seconde - un codon stop, bien qu'elle aurait dû encoder le tryptophane.
Ce sont ces deux propriétés du code génétique qui ontla plus grande importance biologique. Toutes les propriétés énumérées ci-dessus sont caractéristiques de l'information héréditaire de toutes les formes d'organismes vivants sur notre planète.
La dégénérescence du code génétique asens adaptatif, comme duplication multiple du code d'un acide aminé. De plus, cela signifie une diminution de l'importance (dégénérescence) du troisième nucléotide dans le codon. Cette option minimise les dommages mutationnels de l'ADN, ce qui entraînera des violations flagrantes de la structure de la protéine. C'est le mécanisme de défense des organismes vivants de la planète.
