Le code génétique, exprimé en codons, est un système de codage d'informations sur la structure des protéines, inhérentes à tous les organismes vivants de la planète. Son décodage a pris une décennie, mais le fait qu'il existe, la science l'a compris depuis près d'un siècle. L'universalité, la spécificité, l'unidirectionnalité et surtout la dégénérescence du code génétique sont d'une grande importance biologique.
Historique des découvertes
Le problème du codage de l'information génétique a toujours été un problème clé en biologie. La science s'est déplacée assez lentement vers la structure matricielle du code génétique. Depuis la découverte par J. Watson et F. Crick en 1953 de la structure en double hélice de l'ADN, l'étape de démêler la structure même du code a commencé, ce qui a suscité la foi dans 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 sil'alphabet des protéines était connu, puis les signes de l'ADN sont devenus un sujet d'étude pour les biologistes, les physiciens et les mathématiciens.
Cela n'a aucun sens de décrire toutes les étapes pour résoudre cette énigme. Une expérience directe, qui a prouvé et confirmé qu'il existe une correspondance claire et cohérente entre les codons de l'ADN et les acides aminés des protéines, a été réalisée en 1964 par C. Janowski et S. Brenner. Et puis - la période de déchiffrement du code génétique in vitro (in vitro) en utilisant les techniques de synthèse protéique dans des structures acellulaires.
Le code entièrement déchiffré d'E. coli a été rendu public en 1966 lors d'un symposium de biologistes à Cold Spring Harbor (États-Unis). Puis la redondance (dégénérescence) du code génétique a été découverte. Ce que cela signifie a été expliqué assez simplement.
Le décodage continue
L'obtention de données sur le décodage du code héréditaire est devenue l'un des événements les plus significatifs du siècle dernier. Aujourd'hui, la science continue d'étudier en profondeur les mécanismes des encodages moléculaires et ses caractéristiques systémiques et une surabondance de signes, qui expriment la propriété de la dégénérescence du code génétique. Une branche d'étude distincte est l'émergence et l'évolution du système de codage du matériel héréditaire. La preuve de la relation entre les polynucléotides (ADN) et les polypeptides (protéines) a donné une impulsion au développement de la biologie moléculaire. Et cela, à son tour, à la biotechnologie, à la bio-ingénierie, aux découvertes dans la sélection et la production végétale.
Dogmes et règles
Le dogme principal de la biologie moléculaire - l'information est transférée de l'ADN à l'informationARN, puis de celui-ci à la protéine. Dans le sens inverse, la transmission est possible d'ARN à ADN et d'ARN à un autre ARN.
Mais la matrice ou la base est toujours l'ADN. Et toutes les autres caractéristiques fondamentales de la transmission de l'information sont le reflet de cette nature matricielle de la transmission. A savoir le transfert par synthèse sur la matrice d'autres molécules, qui deviendront la structure de la reproduction de l'information héréditaire.
Code génétique
Le codage linéaire de la structure des molécules protéiques s'effectue 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 de nucléotides. Le même nombre et la complémentarité chimique des nucléotides est la condition principale d'une telle synthèse. Mais lors de la formation d'une molécule protéique, il n'y a pas 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 d'enregistrement dans la séquence de nucléotides (codons) de la séquence d'acides aminés dans une protéine.
Le code génétique a plusieurs propriétés:
- Tripletity.
- Unicité.
- Orientation.
- Non-chevauchement.
- Redondance (dégénérescence) du code génétique.
- Polyvalence.
Donnons une brève description, en nous concentrant sur la signification biologique.
Tripletité, continuité et feux rouges
Chacun des 61 acides aminés correspond à un triplet sémantique (triple) 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 (la synthèse d'une molécule de protéine).
Spécifique, sans chevauchement et unidirectionnel
Chaque codon (triplet) code pour un seul acide aminé. Chaque triplet est indépendant du voisin et ne se chevauche pas. Un nucléotide ne peut être inclus que dans un seul triplet de la chaîne. La synthèse des protéines va toujours dans une seule direction, qui est régulée par des codons stop.
Redondances du code génétique
Chaque triplet de nucléotides code pour un acide aminé. Il y a 64 nucléotides au total, dont 61 codent des acides aminés (codons sens), et trois sont sans signification, c'est-à-dire qu'ils ne codent pas un acide aminé (codons stop). La redondance (dégénérescence) du code génétique réside dans le fait que dans chaque triplet des substitutions peuvent être effectuées - radicales (conduisent au remplacement d'acides aminés) et conservatrices (ne changent pas la classe d'acides aminés). Il est facile de calculer que si 9 substitutions peuvent être faites dans un triplet (positions 1, 2 et 3), chaque nucléotide peut être remplacé par 4 - 1=3 autres options, alors le nombre total d'options de substitution de nucléotide possibles sera de 61 x 9=549.
La dégénérescence du code génétique se manifeste par le fait que 549 variantes sont bien plus quenécessaire pour coder des informations sur 21 acides aminés. Dans le même temps, sur 549 variants, 23 substitutions conduiront à la formation de codons stop, 134 + 230 substitutions sont conservatrices et 162 substitutions sont radicales.
La règle de la dégénérescence et de l'exclusion
Si deux codons ont deux premiers nucléotides identiques et que les autres sont des nucléotides de la même classe (purine ou pyrimidine), alors 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 - le premier code pour la méthionine, bien qu'il devrait s'agir d'isoleucine, et le second est un codon stop, bien qu'il doive coder pour le tryptophane.
Le sens de la dégénérescence et de l'universalité
Ce sont ces deux propriétés du code génétique qui ont la plus grande signification 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 a une valeur adaptative, comme la duplication multiple du code d'un acide aminé. De plus, cela signifie une diminution de la signification (dégénérescence) du troisième nucléotide dans le codon. Cette option minimise les dommages mutationnels dans l'ADN, ce qui entraînera des violations flagrantes de la structure des protéines. C'est le mécanisme de défense des organismes vivants de la planète.
