კოდონებში გამოხატული გენეტიკური კოდი არის ცილების სტრუქტურის შესახებ ინფორმაციის კოდირების სისტემა, რომელიც თან ახლავს პლანეტის ყველა ცოცხალ ორგანიზმს. მის გაშიფვრას ათწლეული დასჭირდა, მაგრამ ის ფაქტი, რომ ის არსებობს, მეცნიერებას თითქმის ერთი საუკუნის განმავლობაში ესმოდა. უნივერსალურობას, სპეციფიკას, ცალმხრივობას და განსაკუთრებით გენეტიკური კოდის დეგენერაციას დიდი ბიოლოგიური მნიშვნელობა აქვს.
აღმოჩენის ისტორია
გენეტიკური ინფორმაციის კოდირების პრობლემა ყოველთვის იყო საკვანძო ბიოლოგიაში. მეცნიერება საკმაოდ ნელა მოძრაობდა გენეტიკური კოდის მატრიცული სტრუქტურისკენ. მას შემდეგ, რაც 1953 წელს ჯ. უოტსონმა და ფ. კრიკმა აღმოაჩინეს დნმ-ის ორმაგი სპირალური სტრუქტურა, დაიწყო თვით კოდის სტრუქტურის ამოხსნის ეტაპი, რამაც გამოიწვია რწმენა ბუნების სიდიადეში. ცილების ხაზოვანი სტრუქტურა და დნმ-ის იგივე სტრუქტურა გულისხმობდა გენეტიკური კოდის არსებობას, როგორც ორი ტექსტის შესაბამისობას, მაგრამ დაწერილი სხვადასხვა ანბანის გამოყენებით. Და თუცნობილი იყო ცილების ანბანი, შემდეგ დნმ-ის ნიშნები გახდა ბიოლოგების, ფიზიკოსებისა და მათემატიკოსების შესწავლის საგანი.
არა აქვს აზრი ამ გამოცანის ამოხსნის ყველა საფეხურის აღწერას. პირდაპირი ექსპერიმენტი, რომელმაც დაამტკიცა და დაადასტურა, რომ არსებობს მკაფიო და თანმიმდევრული შესაბამისობა დნმ-ის კოდონებსა და ცილის ამინომჟავებს შორის, ჩატარდა 1964 წელს C. Janowski-მ და S. Brenner-მა. და შემდეგ - გენეტიკური კოდის გაშიფვრის პერიოდი in vitro (in vitro) ცილების სინთეზის ტექნიკის გამოყენებით უჯრედულ სტრუქტურებში.
სრულად გაშიფრული E. coli კოდი გამოქვეყნდა 1966 წელს ბიოლოგთა სიმპოზიუმზე Cold Spring Harbor-ში (აშშ). შემდეგ აღმოაჩინეს გენეტიკური კოდის სიჭარბე (დეგენერაცია). რას ნიშნავს ეს, საკმაოდ მარტივად იყო ახსნილი.
გაშიფვრა გრძელდება
მემკვიდრეობითი კოდის დეკოდირების შესახებ მონაცემების მოპოვება გასული საუკუნის ერთ-ერთ ყველაზე მნიშვნელოვან მოვლენად იქცა. დღეს მეცნიერება აგრძელებს მოლეკულური კოდირების მექანიზმების და მისი სისტემური მახასიათებლების სიღრმისეულ შესწავლას და ნიშნების სიმრავლეს, რაც გამოხატავს გენეტიკური კოდის გადაგვარების თვისებას. კვლევის ცალკე დარგია მემკვიდრეობითი მასალის კოდირების სისტემის გაჩენა და ევოლუცია. პოლინუკლეოტიდებსა (დნმ) და პოლიპეპტიდებს (ცილებს) შორის კავშირის მტკიცებულებამ ბიძგი მისცა მოლეკულური ბიოლოგიის განვითარებას. და ეს, თავის მხრივ, ბიოტექნოლოგიას, ბიოინჟინერიას, აღმოჩენებს შერჩევასა და მოსავლის წარმოებაში.
დოგმები და წესები
მოლეკულური ბიოლოგიის მთავარი დოგმა - ინფორმაცია დნმ-დან ინფორმაციაზე გადადისრნმ, შემდეგ კი მისგან ცილამდე. საპირისპირო მიმართულებით გადაცემა შესაძლებელია რნმ-დან დნმ-ზე და რნმ-დან სხვა რნმ-ზე.
მაგრამ მატრიცა ან საფუძველი ყოველთვის არის დნმ. და ინფორმაციის გადაცემის ყველა სხვა ფუნდამენტური მახასიათებელი არის გადაცემის ამ მატრიცული ბუნების ასახვა. კერძოდ, სინთეზით გადატანა სხვა მოლეკულების მატრიცაზე, რომელიც გახდება მემკვიდრეობითი ინფორმაციის რეპროდუქციის სტრუქტურა.
გენეტიკური კოდი
პროტეინის მოლეკულების სტრუქტურის ხაზოვანი კოდირება ხორციელდება ნუკლეოტიდების დამატებითი კოდონების (სამების) გამოყენებით, რომელთაგან მხოლოდ 4 არის (ადეინი, გუანინი, ციტოზინი, თიმინი (ურაცილი)), რაც სპონტანურად იწვევს წარმოქმნას. ნუკლეოტიდების სხვა ჯაჭვიდან. ნუკლეოტიდების ერთნაირი რაოდენობა და ქიმიური კომპლემენტარულობა ასეთი სინთეზის მთავარი პირობაა. მაგრამ ცილის მოლეკულის ფორმირებისას არ არსებობს შესაბამისობა მონომერების რაოდენობასა და ხარისხს შორის (დნმ ნუკლეოტიდები ცილოვანი ამინომჟავებია). ეს არის ბუნებრივი მემკვიდრეობითი კოდი - ნუკლეოტიდების (კოდონების) თანმიმდევრობის აღრიცხვის სისტემა ცილაში ამინომჟავების თანმიმდევრობის აღრიცხვისთვის.
გენეტიკურ კოდს აქვს რამდენიმე თვისება:
- სამმაგი.
- უნიკალურობა.
- ორიენტაცია.
- გადახურვის გარეშე.
- გენეტიკური კოდის ჭარბი რაოდენობა (გადაგვარება).
- მრავალფეროვნება.
მოდით მოკლე აღწერა, ბიოლოგიურ მნიშვნელობაზე გავამახვილოთ ყურადღება.
სამმაგი, უწყვეტობა და შუქურები
61 ამინომჟავიდან თითოეული შეესაბამება ნუკლეოტიდების ერთ სემანტიკური სამეულს (სამმაგს). სამი სამეული არ ატარებს ინფორმაციას ამინომჟავის შესახებ და წარმოადგენს გაჩერების კოდონებს. ჯაჭვში თითოეული ნუკლეოტიდი სამეულის ნაწილია და თავისთავად არ არსებობს. ერთ პროტეინზე პასუხისმგებელი ნუკლეოტიდების ჯაჭვის ბოლოს და დასაწყისში არის გაჩერების კოდონები. ისინი იწყებენ ან აჩერებენ ტრანსლაციას (ცილის მოლეკულის სინთეზს).
სპეციფიკური, გადახურვის გარეშე და ცალმხრივი
თითოეული კოდონი (სამმაგი) კოდირებს მხოლოდ ერთ ამინომჟავას. თითოეული სამეული დამოუკიდებელია მეზობელისაგან და არ ემთხვევა ერთმანეთს. ერთი ნუკლეოტიდი შეიძლება შევიდეს ჯაჭვში მხოლოდ ერთ სამეულში. ცილის სინთეზი ყოველთვის მიდის მხოლოდ ერთი მიმართულებით, რომელიც რეგულირდება გაჩერების კოდონებით.
გენეტიკური კოდის ჭარბი რაოდენობა
ნუკლეოტიდების თითოეული ტრიპლეტი კოდირებს ერთ ამინომჟავას. სულ არის 64 ნუკლეოტიდი, საიდანაც 61 კოდირებს ამინომჟავებს (მნიშვნელოვანი კოდონები), ხოლო სამი უაზროა, ანუ არ აკოდირებს ამინომჟავას (სტოპ კოდონებს). გენეტიკური კოდის სიჭარბე (გადაგვარება) მდგომარეობს იმაში, რომ თითოეულ სამეულში შეიძლება განხორციელდეს ჩანაცვლება - რადიკალური (მიიყვანს ამინომჟავის ჩანაცვლებამდე) და კონსერვატიული (არ შეიცვალოს ამინომჟავების კლასი). ადვილია გამოთვალოთ, რომ თუ 9 ჩანაცვლება შეიძლება გაკეთდეს სამეულში (პოზიციები 1, 2 და 3), თითოეული ნუკლეოტიდი შეიძლება შეიცვალოს 4 - 1=3 სხვა ვარიანტით, მაშინ ნუკლეოტიდის ჩანაცვლების შესაძლო ვარიანტების საერთო რაოდენობა იქნება 61. x 9=549.
გენეტიკური კოდის გადაგვარება გამოიხატება იმაში, რომ 549 ვარიანტი გაცილებით მეტია, ვიდრეაუცილებელია 21 ამინომჟავის შესახებ ინფორმაციის კოდირებისთვის. ამავდროულად, 549 ვარიანტიდან 23 ჩანაცვლება გამოიწვევს გაჩერების კოდონების წარმოქმნას, 134 + 230 ჩანაცვლება კონსერვატიულია, ხოლო 162 ჩანაცვლება რადიკალური.
გადაგვარებისა და გამორიცხვის წესი
თუ ორ კოდონს აქვს ორი იდენტური პირველი ნუკლეოტიდი, ხოლო დანარჩენი არის იგივე კლასის ნუკლეოტიდები (პურინი ან პირიმიდინი), მაშინ ისინი ატარებენ ინფორმაციას ერთი და იგივე ამინომჟავის შესახებ. ეს არის გენეტიკური კოდის გადაგვარების ან ზედმეტის წესი. ორი გამონაკლისი - AUA და UGA - პირველი კოდირებს მეთიონინს, თუმცა ის უნდა იყოს იზოლეიცინი, ხოლო მეორე არის გაჩერების კოდონი, თუმცა უნდა დაშიფროს ტრიპტოფანი.
გადაგვარების და უნივერსალურობის მნიშვნელობა
ეს არის გენეტიკური კოდის ამ ორ თვისებას უდიდესი ბიოლოგიური მნიშვნელობა. ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი თვისება დამახასიათებელია ჩვენი პლანეტის ყველა ფორმის ცოცხალი ორგანიზმის მემკვიდრეობითი ინფორმაციისთვის.
გენეტიკური კოდის გადაგვარებას აქვს ადაპტაციური მნიშვნელობა, როგორიცაა ერთი ამინომჟავის კოდის მრავალჯერადი დუბლირება. გარდა ამისა, ეს ნიშნავს კოდონში მესამე ნუკლეოტიდის მნიშვნელობის (გადაგვარების) დაქვეითებას. ეს ვარიანტი ამცირებს დნმ-ის მუტაციურ დაზიანებას, რაც გამოიწვევს ცილის სტრუქტურის უხეში დარღვევას. ეს არის პლანეტის ცოცხალი ორგანიზმების დამცავი მექანიზმი.
