užkoduotos aminorūgštys. Kaip genetinis kodas veikia charakterį ir likimą

Išnagrinėję šias temas, turėtumėte sugebėti:

1. Apibūdinkite šias sąvokas ir paaiškinkite jų ryšį:
   • polimeras, monomeras;
   • angliavandeniai, monosacharidai, disacharidai, polisacharidai;
   • lipidai, riebalų rūgštys, glicerolis;
   • aminorūgštis, peptidinė jungtis, baltymas;
   • katalizatorius, fermentas, aktyvi vieta;
   • nukleino rūgštis, nukleotidas.
2. Išvardykite 5–6 priežastis, kodėl vanduo yra tokia svarbi gyvų sistemų sudedamoji dalis.
3. Išvardykite keturias pagrindines gyvuose organizmuose randamų organinių junginių klases; apibūdinkite kiekvieno vaidmenį.
4. Paaiškinkite, kodėl fermentų kontroliuojamos reakcijos priklauso nuo temperatūros, pH ir kofermentų buvimo.
5. Apibūdinkite ATP vaidmenį ląstelės energijos ekonomikoje.
6. Nurodykite šviesos sukeltų reakcijų ir anglies fiksavimo reakcijų pradines medžiagas, pagrindinius etapus ir galutinius produktus.
7. Trumpai apibūdinkite bendrą ląstelių kvėpavimo schemą, iš kurios būtų aišku, kokią vietą užima glikolizės, G. Krebso ciklo (citrinų rūgšties ciklo) ir elektronų pernešimo grandinės reakcijos.
8. Palyginkite kvėpavimą ir fermentaciją.
9. Apibūdinkite DNR molekulės struktūrą ir paaiškinkite, kodėl adenino liekanų skaičius lygus timino likučių skaičiui, o guanino liekanų skaičius lygus citozino likučių skaičiui.
10. Padarykite trumpą RNR sintezės į DNR (transkripcijos) prokariotuose schemą.
11. Apibūdinkite genetinio kodo savybes ir paaiškinkite, kodėl jis turėtų būti tripletas.
12. Remdamiesi šia DNR grandine ir kodonų lentele, nustatykite komplementarią matricos RNR seką, nurodykite pernešančios RNR kodonus ir aminorūgščių seką, kuri susidaro dėl transliacijos.
13. Išvardykite baltymų sintezės etapus ribosomų lygyje.

Problemų sprendimo algoritmas.

1 tipas. DNR savaiminis kopijavimas.

Viena iš DNR grandinių turi tokią nukleotidų seką:
AGTACCGATACCGATTTCG...
Kokią nukleotidų seką turi antroji tos pačios molekulės grandinė?

Norint parašyti antrosios DNR molekulės grandinės nukleotidų seką, kai žinoma pirmosios grandinės seka, pakanka timiną pakeisti adeninu, adeniną timinu, guaniną citozinu, citoziną guaninu. Atlikę šį pakeitimą, gauname seką:
TACTGGCTATGAGCTAAATG...

2 tipas. Baltymų kodavimas.

Ribonukleazės baltymo aminorūgščių grandinė prasideda taip: lizinas-glutaminas-treoninas-alaninas-alaninas-alaninas-lizinas ...
Kokia nukleotidų seka pradeda šį baltymą atitinkantį geną?

Norėdami tai padaryti, naudokite genetinio kodo lentelę. Kiekvienai aminorūgščiai randame jos kodo pavadinimą atitinkamo nukleotidų trio pavidalu ir užrašome. Išdėstę šiuos tripletus vieną po kito ta pačia tvarka, kaip ir atitinkamos aminorūgštys, gauname pasiuntinio RNR skyriaus struktūros formulę. Paprastai tokių trigubų yra keletas, pasirinkimas daromas pagal jūsų sprendimą (bet paimamas tik vienas iš trigubų). Atitinkamai gali būti keli sprendimai.
AAACAAAATSUGTSGGTSUGTSGAAG

Kokia aminorūgščių seka prasideda baltymas, jei jį koduoja tokia nukleotidų seka:
ACGCCATGGCCGGT...

Pagal komplementarumo principą randame tam tikrame DNR molekulės segmente suformuotos informacinės RNR sekcijos struktūrą:
UGCGGGUACCCGCCCA...

Tada kreipiamės į genetinio kodo lentelę ir kiekvienam nukleotidų trijui, pradedant nuo pirmojo, randame ir užrašome jį atitinkančią aminorūgštį:
Cisteinas-glicinas-tirozinas-argininas-prolinas-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. „Bendroji biologija“. Maskva, „Švietimas“, 2000 m

• 4 tema. „Cheminė ląstelės sudėtis“. §2-§7 p. 7-21
• 5 tema. "Fotosintezė". §16-17 p. 44-48
• 6 tema. „Ląstelinis kvėpavimas“. §12-13 34-38 p
• 7 tema. "Genetinė informacija". §14-15 39-44 p

Kiekvienas gyvas organizmas turi ypatingą baltymų rinkinį. Tam tikri nukleotidų junginiai ir jų seka DNR molekulėje sudaro genetinį kodą. Jis perduoda informaciją apie baltymo struktūrą. Genetikoje buvo priimta tam tikra koncepcija. Anot jos, vienas genas atitiko vieną fermentą (polipeptidą). Reikia pasakyti, kad nukleorūgščių ir baltymų tyrimai buvo atliekami gana ilgą laikotarpį. Toliau straipsnyje mes atidžiau pažvelgsime į genetinį kodą ir jo savybes. Taip pat bus pateikta trumpa tyrimų chronologija.

Terminija

Genetinis kodas yra būdas koduoti aminorūgščių baltymų seką naudojant nukleotidų seką. Toks informacijos formavimo būdas būdingas visiems gyviems organizmams. Baltymai yra natūralios organinės medžiagos, turinčios didelę molekulinę masę. Šių junginių yra ir gyvuose organizmuose. Jie susideda iš 20 rūšių aminorūgščių, kurios vadinamos kanoninėmis. Aminorūgštys yra išdėstytos grandinėje ir sujungtos griežtai nustatyta seka. Jis lemia baltymo struktūrą ir jo biologines savybes. Taip pat baltymuose yra keletas aminorūgščių grandinių.

DNR ir RNR

Dezoksiribonukleorūgštis yra makromolekulė. Ji yra atsakinga už paveldimos informacijos perdavimą, saugojimą ir įgyvendinimą. DNR naudoja keturias azoto bazes. Tai yra adeninas, guaninas, citozinas, timinas. RNR susideda iš tų pačių nukleotidų, išskyrus tą, kuriame yra timino. Vietoj to yra nukleotidas, kuriame yra uracilo (U). RNR ir DNR molekulės yra nukleotidų grandinės. Šios struktūros dėka susidaro sekos – „genetinė abėcėlė“.

Informacijos įgyvendinimas

Geno koduojamo baltymo sintezė realizuojama sujungiant mRNR ant DNR šablono (transkripcija). Taip pat vyksta genetinio kodo perkėlimas į aminorūgščių seką. Tai yra, mRNR vyksta polipeptidinės grandinės sintezė. Norint užkoduoti visas aminorūgštis ir signalizuoti baltymų sekos pabaigą, pakanka 3 nukleotidų. Ši grandinė vadinama tripletu.

Tyrimų istorija

Baltymų ir nukleorūgščių tyrimai buvo atliekami ilgą laiką. XX amžiaus viduryje pagaliau pasirodė pirmosios idėjos apie genetinio kodo prigimtį. 1953 m. buvo nustatyta, kad kai kurie baltymai yra sudaryti iš aminorūgščių sekų. Tiesa, tuo metu jie dar negalėjo nustatyti tikslaus jų skaičiaus ir dėl to kilo daugybė ginčų. 1953 m. Watsonas ir Crickas paskelbė du straipsnius. Pirmasis paskelbė antrinę DNR struktūrą, antrasis kalbėjo apie leistiną jos kopijavimą matricos sintezės būdu. Be to, buvo pabrėžta, kad tam tikra bazių seka yra kodas, kuris neša paveldimą informaciją. Amerikiečių ir sovietų fizikas Georgijus Gamovas pripažino kodavimo hipotezę ir rado metodą jai patikrinti. 1954 m. buvo paskelbtas jo darbas, kurio metu jis pateikė pasiūlymą nustatyti atitikmenis tarp aminorūgščių šoninių grandinių ir rombo formos „skylių“ ir panaudoti tai kaip kodavimo mechanizmą. Tada jis buvo vadinamas rombiniu. Aiškindamas savo darbą, Gamow pripažino, kad genetinis kodas gali būti trigubas. Fiziko darbas buvo vienas pirmųjų tarp tų, kurie buvo laikomi artimais tiesai.

klasifikacija

Po kelerių metų buvo pasiūlyti įvairūs genetinių kodų modeliai, reprezentuojantys du tipus: persidengiančius ir nepersidengiančius. Pirmasis buvo pagrįstas vieno nukleotido atsiradimu kelių kodonų sudėtyje. Jai priklauso trikampis, nuoseklus ir mažorinis genetinis kodas. Antrasis modelis apima du tipus. Nepersidengiantys apima kombinaciją ir „kodą be kablelių“. Pirmasis variantas pagrįstas aminorūgšties kodavimu nukleotidų tripletais, o jo sudėtis yra pagrindinė. Pagal „be kablelio kodą“ tam tikri trynukai atitinka aminorūgštis, o kiti – ne. Šiuo atveju buvo manoma, kad jei kokie nors reikšmingi trynukai būtų išdėstyti nuosekliai, kiti, esantys kitame skaitymo rėme, pasirodys nereikalingi. Mokslininkai manė, kad galima parinkti šiuos reikalavimus atitinkančią nukleotidų seką, o trynukų yra lygiai 20.

Nors Gamow ir kiti suabejojo ​​šiuo modeliu, jis buvo laikomas teisingiausiu per ateinančius penkerius metus. XX amžiaus antrosios pusės pradžioje pasirodė naujų duomenų, kurie leido aptikti kai kuriuos „kode be kablelio“ trūkumus. Nustatyta, kad kodonai gali sukelti baltymų sintezę in vitro. Arčiau 1965 m. jie suprato visų 64 trynukų principą. Dėl to buvo rastas kai kurių kodonų perteklius. Kitaip tariant, aminorūgščių seką koduoja keli tripletai.

Skiriamieji bruožai

Genetinio kodo savybės apima:

Variacijos

Pirmą kartą genetinio kodo nukrypimas nuo standarto buvo aptiktas 1979 m., tiriant mitochondrijų genus žmogaus organizme. Buvo nustatyti kiti panašūs variantai, įskaitant daugybę alternatyvių mitochondrijų kodų. Tai apima stop kodono UGA, naudojamo kaip triptofano apibrėžimas mikoplazmose, iššifravimą. GUG ir UUG archėjose ir bakterijose dažnai naudojami kaip pradiniai variantai. Kartais genai koduoja baltymą iš pradinio kodono, kuris skiriasi nuo to, kurį paprastai naudoja ta rūšis. Be to, kai kuriuose baltymuose ribosomos yra įterpiamos selenocisteino ir pirolizino, kurie yra nestandartinės aminorūgštys. Ji skaito stop kodoną. Tai priklauso nuo sekų, esančių mRNR. Šiuo metu selenocisteinas laikomas 21-ąja, pirolizanas - 22-ąja aminorūgštimi, esančia baltymuose.

Bendrieji genetinio kodo bruožai

Tačiau visos išimtys yra retos. Gyvuose organizmuose apskritai genetinis kodas turi nemažai bendrų bruožų. Tai apima kodono sudėtį, kurią sudaro trys nukleotidai (pirmieji du priklauso lemiantiems), kodonų perkėlimas tRNR ir ribosomomis į aminorūgščių seką.

Genetinis kodas yra paveldimos informacijos įrašymo į nukleorūgščių molekules sistema, pagrįsta tam tikru nukleotidų sekų kaitaliojimu DNR arba RNR, kurios sudaro kodonus, atitinkančius aminorūgštis baltyme.

Genetinio kodo savybės.

Genetinis kodas turi keletą savybių.

Trigubai.

Degeneracija arba perteklius.

Vienareikšmiškumas.

Poliškumas.

Nepersidengiantis.

Kompaktiškumas.

Universalumas.

Pažymėtina, kad kai kurie autoriai siūlo ir kitas kodo savybes, susijusias su į kodą įtrauktų nukleotidų cheminėmis savybėmis arba su atskirų aminorūgščių atsiradimo dažnumu organizmo baltymuose ir kt. Tačiau šios savybės išplaukia iš to, kas išdėstyta pirmiau, todėl mes jas ten apsvarstysime.

A. Trigubai. Genetinis kodas, kaip ir daugelis sudėtingai organizuotų sistemų, turi mažiausią struktūrinį ir mažiausią funkcinį vienetą. Tripletas yra mažiausias genetinio kodo struktūrinis vienetas. Jį sudaro trys nukleotidai. Kodonas yra mažiausias funkcinis genetinio kodo vienetas. Paprastai mRNR tripletai vadinami kodonais. Genetiniame kode kodonas atlieka keletą funkcijų. Pirma, pagrindinė jo funkcija yra ta, kad ji koduoja vieną aminorūgštį. Antra, kodonas gali nekoduoti aminorūgšties, tačiau šiuo atveju jis atlieka kitą funkciją (žr. toliau). Kaip matyti iš apibrėžimo, tripletas yra sąvoka, kuri apibūdina elementarus struktūrinis vienetas genetinis kodas (trys nukleotidai). kodonas apibūdina elementarus semantinis vienetas genomas – trys nukleotidai lemia vienos aminorūgšties prisijungimą prie polipeptidinės grandinės.

Elementarus struktūrinis vienetas iš pradžių buvo iššifruotas teoriškai, o vėliau eksperimentiškai patvirtintas jo egzistavimas. Iš tiesų, 20 aminorūgščių negali užkoduoti vienas ar du nukleotidai. pastarųjų yra tik 4. Trys iš keturių nukleotidų duoda 4 3 = 64 variantus, o tai daugiau nei apima gyvuose organizmuose esančių aminorūgščių skaičių (žr. 1 lentelę).

64 lentelėje pateikti nukleotidų deriniai turi dvi ypatybes. Pirma, iš 64 tripletų variantų tik 61 yra kodonai ir koduoja bet kurią aminorūgštį, jie vadinami jutimo kodonai. Trys trynukai nekoduoti

aminorūgštys a yra stabdymo signalai, žymintys vertimo pabaigą. Tokių trynukų yra trys UAA, UAG, UGA, jie taip pat vadinami „beprasmiais“ (nesąmonių kodonais). Dėl mutacijos, kuri yra susijusi su vieno nukleotido pakeitimu triplete kitu, iš jutimo kodono gali atsirasti beprasmis kodonas. Šis mutacijos tipas vadinamas nesąmonė mutacija. Jeigu toks stabdymo signalas susidaro geno viduje (jo informacinėje dalyje), tai baltymų sintezės metu šioje vietoje procesas bus nuolat nutrūkęs – bus susintetinta tik pirmoji (prieš stop signalą) baltymo dalis. Asmuo, turintis tokią patologiją, patirs baltymų trūkumą ir patirs su šiuo trūkumu susijusius simptomus. Pavyzdžiui, tokia mutacija buvo rasta geno, koduojančio hemoglobino beta grandinę. Sintetinama sutrumpinta neaktyvi hemoglobino grandinė, kuri greitai sunaikinama. Dėl to susidaro hemoglobino molekulė, kurioje nėra beta grandinės. Akivaizdu, kad tokia molekulė vargu ar visiškai atliks savo pareigas. Yra rimta liga, kuri išsivysto pagal hemolizinės anemijos tipą (beta nulinė talasemija, iš graikiško žodžio „Talas“ – Viduržemio jūra, kur ši liga pirmą kartą buvo atrasta).

Stop kodonų veikimo mechanizmas skiriasi nuo jutimo kodonų veikimo mechanizmo. Tai išplaukia iš to, kad visiems kodonams, koduojantiems aminorūgštis, buvo rastos atitinkamos tRNR. Nesąmoningų kodonų tRNR nerasta. Todėl tRNR nedalyvauja baltymų sintezės stabdymo procese.

kodonasRUG (kartais GUG bakterijose) ne tik koduoja aminorūgštis metioniną ir valiną, bet irtransliacijos iniciatorius .

b. Degeneracija arba perteklius.

61 iš 64 tripletų koduoja 20 aminorūgščių. Toks trigubai viršijantis trigubų skaičių, palyginti su aminorūgščių skaičiumi, rodo, kad perduodant informaciją galima naudoti dvi kodavimo parinktis. Pirma, koduojant 20 aminorūgščių gali dalyvauti ne visi 64 kodonai, o tik 20, antra, aminorūgštys gali būti koduojamos keliais kodonais. Tyrimai parodė, kad gamta pasinaudojo pastaruoju variantu.

Jo pirmenybė aišku. Jei koduojant aminorūgštis dalyvautų tik 20 iš 64 tripletų variantų, tai 44 tripletai (iš 64) liktų nekoduoti, t.y. beprasmiai (nesąmonių kodonai). Anksčiau mes atkreipėme dėmesį į tai, koks pavojingas ląstelės gyvybei yra koduojančio tripleto transformacija dėl mutacijos į nesąmoningą kodoną - tai žymiai sutrikdo normalų RNR polimerazės veikimą ir galiausiai sukelia ligų vystymąsi. Šiuo metu mūsų genome yra trys nesąmonių kodonai, o dabar įsivaizduokite, kas nutiktų, jei nesąmonių kodonų skaičius padidėtų maždaug 15 kartų. Akivaizdu, kad tokioje situacijoje normalių kodonų perėjimas prie nonsense kodonų bus nepamatuojamai didesnis.

Kodas, kuriame vieną aminorūgštį koduoja keli tripletai, vadinamas išsigimusiu arba pertekliniu. Beveik kiekviena aminorūgštis turi keletą kodonų. Taigi aminorūgštį leuciną gali koduoti šeši trynukai – UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG. Valiną koduoja keturi trynukai, fenilalaniną – du ir tik triptofanas ir metioninas užkoduotas vienu kodonu. Iškviečiama savybė, kuri yra susijusi su tos pačios informacijos su skirtingais simboliais įrašymu degeneracija.

Vienai aminorūgščiai priskirtų kodonų skaičius gerai koreliuoja su aminorūgšties atsiradimo baltymuose dažniu.

Ir tai greičiausiai neatsitiktinai. Kuo dažnesnis aminorūgšties atsiradimas baltyme, tuo dažniau genome yra šios aminorūgšties kodonas, tuo didesnė tikimybė jį pažeisti mutageniniais veiksniais. Todėl aišku, kad mutavęs kodonas labiau koduos tą pačią aminorūgštį, jei ji yra labai išsigimusi. Žvelgiant iš šių pozicijų, genetinio kodo išsigimimas yra mechanizmas, apsaugantis žmogaus genomą nuo pažeidimų.

Pažymėtina, kad degeneracijos terminas molekulinėje genetikoje vartojamas ir kita prasme. Kadangi pagrindinė kodone esančios informacijos dalis patenka ant pirmųjų dviejų nukleotidų, trečioje kodono padėtyje esanti bazė pasirodo mažai svarbi. Šis reiškinys vadinamas „trečiosios bazės degeneracija“. Pastaroji savybė sumažina mutacijų poveikį. Pavyzdžiui, žinoma, kad pagrindinė raudonųjų kraujo kūnelių funkcija yra deguonies pernešimas iš plaučių į audinius ir anglies dvideginio iš audinių pernešimas į plaučius. Šią funkciją atlieka kvėpavimo pigmentas – hemoglobinas, kuris užpildo visą eritrocito citoplazmą. Jį sudaro baltyminė dalis – globinas, kurį koduoja atitinkamas genas. Be baltymų, hemoglobine yra hemo, kuriame yra geležies. Dėl globino genų mutacijų atsiranda įvairių hemoglobino variantų. Dažniausiai mutacijos yra susijusios su vieno nukleotido pakeitimas kitu ir naujo kodono atsiradimas gene, kuris hemoglobino polipeptidinėje grandinėje gali koduoti naują aminorūgštį. Triplete dėl mutacijos gali būti pakeistas bet kuris nukleotidas - pirmasis, antrasis ar trečiasis. Yra žinoma, kad keli šimtai mutacijų turi įtakos globino genų vientisumui. Netoliese 400 iš kurių yra susiję su pavienių nukleotidų pakeitimu gene ir atitinkamu aminorūgščių pakeitimu polipeptide. Iš jų tik 100 pakaitalai sukelia hemoglobino nestabilumą ir įvairias ligas nuo lengvos iki labai sunkios. 300 (apie 64 %) pakaitinių mutacijų neturi įtakos hemoglobino funkcijai ir nesukelia patologijos. Viena iš to priežasčių – minėtas „trečiosios bazės degeneracija“, kai pakeitus trečiąjį nukleotidą triplete, koduojančiame seriną, leuciną, proliną, argininą ir kai kurias kitas aminorūgštis, atsiranda sinonimo kodonas. koduojanti tą pačią aminorūgštį. Fenotipiškai tokia mutacija nepasireikš. Priešingai, bet koks pirmojo ar antrojo nukleotido pakeitimas triplete 100% atvejų sukelia naujo hemoglobino varianto atsiradimą. Tačiau net ir šiuo atveju gali nebūti sunkių fenotipinių sutrikimų. To priežastis yra hemoglobino aminorūgšties pakeitimas kita, panašia į pirmąją pagal fizikines ir chemines savybes. Pavyzdžiui, jei aminorūgštis, turinti hidrofilinių savybių, pakeičiama kita aminorūgštimi, bet su tomis pačiomis savybėmis.

Hemoglobinas susideda iš geležies porfirino grupės hemo (prie jos prisijungusios deguonies ir anglies dioksido molekulės) ir baltymo – globino. Suaugusiųjų hemoglobino (HbA) sudėtyje yra du identiški - grandinės ir dvi - grandinėlės. Molekulė - grandinėje yra 141 aminorūgšties liekana, - grandinėlė - 146, - Ir -grandinės skiriasi daugybe aminorūgščių liekanų. Kiekvienos globino grandinės aminorūgščių seką koduoja savas genas. Koduojantis genas - grandinė yra ant trumposios 16 chromosomos rankos, -genas - trumpojoje 11 chromosomos rankoje. Geno kodavimo pasikeitimas - pirmojo ar antrojo nukleotido hemoglobino grandinė beveik visada lemia naujų aminorūgščių atsiradimą baltyme, hemoglobino funkcijų sutrikimą ir rimtų pasekmių pacientui. Pavyzdžiui, viename iš CAU (histidino) tripletų „C“ pakeitus „U“, atsiras naujas UAU tripletas, koduojantis kitą aminorūgštį – tiroziną.Fenotipiškai tai pasireikš sunkia liga .. A. panašus pakeitimas 63 pozicijoje - histidino polipeptido grandinė su tirozinu destabilizuos hemoglobiną. Vystosi liga methemoglobinemija. Dėl mutacijos glutamo rūgštis pakeičiama į valiną 6-oje padėtyje grandinė yra sunkios ligos – pjautuvinės anemijos – priežastis. Netęskime liūdno sąrašo. Atkreipiame dėmesį tik į tai, kad pakeitus pirmuosius du nukleotidus, aminorūgštis savo fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis gali atrodyti panaši į ankstesnę. Taigi, 2-ojo nukleotido pakeitimas viename iš tripletų, koduojančių glutamo rūgštį (GAA) -grandinė "Y" veda prie naujo tripleto (GUA), koduojančio valiną, atsiradimą, o pakeitus pirmąjį nukleotidą "A", susidaro AAA tripletas, koduojantis aminorūgšties liziną. Glutamo rūgštis ir lizinas yra panašios fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis – abu yra hidrofiliniai. Valinas yra hidrofobinė aminorūgštis. Todėl hidrofilinės glutamo rūgšties pakeitimas hidrofobiniu valinu reikšmingai pakeičia hemoglobino savybes, o tai galiausiai lemia pjautuvo pavidalo ląstelių anemijos vystymąsi, o hidrofilinės glutamo rūgšties pakeitimas hidrofiliniu lizinu hemoglobino funkciją keičia mažiau - pacientai. išsivysto lengva anemijos forma. Dėl trečiosios bazės pakeitimo naujasis tripletas gali koduoti tas pačias aminorūgštis kaip ir ankstesnė. Pavyzdžiui, jei CAH triplete uracilas buvo pakeistas citozinu ir atsirado CAC tripletas, tuomet fenotipinių pakitimų žmogui praktiškai nebus aptikta. Tai suprantama, nes Abu trynukai koduoja tą pačią aminorūgštį – histidiną.

Apibendrinant, tikslinga pabrėžti, kad genetinio kodo degeneracija ir trečiosios bazės degeneracija iš bendros biologinės padėties yra apsauginiai mechanizmai, kurie evoliucijoje yra įtraukti į unikalią DNR ir RNR struktūrą.

V. Vienareikšmiškumas.

Kiekvienas tripletas (išskyrus bereikšmes) koduoja tik vieną aminorūgštį. Taigi kodono – aminorūgšties kryptimi genetinis kodas yra vienareikšmis, aminorūgšties – kodono kryptimi – dviprasmiškas (išsigimęs).

nedviprasmiškas

kodono aminorūgštis

išsigimęs

Ir šiuo atveju genetinio kodo vienareikšmiškumo poreikis yra akivaizdus. Kitame variante to paties kodono vertimo metu į baltymų grandinę būtų įterpiamos skirtingos aminorūgštys ir dėl to susidarytų skirtingos pirminės struktūros ir skirtingų funkcijų baltymai. Ląstelės metabolizmas persijungtų į „vienas genas – keli polipeptidai“ veikimo režimą. Akivaizdu, kad tokioje situacijoje genų reguliavimo funkcija būtų visiškai prarasta.

g. Poliškumas

Informacija iš DNR ir mRNR nuskaitoma tik viena kryptimi. Poliškumas yra būtinas norint apibrėžti aukštesnės eilės struktūras (antrinę, tretinę ir kt.). Anksčiau kalbėjome apie tai, kad žemesnės eilės struktūros lemia aukštesnės eilės struktūras. Tretinė struktūra ir aukštesnės eilės struktūros baltymuose susidaro iš karto, kai tik susintetinta RNR grandinė nutolsta nuo DNR molekulės arba polipeptidinė grandinė nutolsta nuo ribosomos. Nors laisvasis RNR arba polipeptido galas įgyja tretinę struktūrą, kitas grandinės galas vis tiek ir toliau sintetinamas DNR (jei RNR transkribuojama) arba ribosomoje (jei polipeptidas transkribuojamas).

Todėl vienakryptis informacijos skaitymo procesas (RNR ir baltymų sintezėje) yra būtinas ne tik nustatant nukleotidų ar aminorūgščių seką sintezuojamoje medžiagoje, bet ir standžiam antriniam, tretiniam ir kt. struktūros.

e. Nepersidengimas.

Kodas gali sutapti arba nesutapti. Daugumoje organizmų kodas nepersidengia. Kai kuriuose faguose rastas persidengiantis kodas.

Nepersidengiančio kodo esmė ta, kad vieno kodono nukleotidas tuo pačiu metu negali būti kito kodono nukleotidu. Jei kodas sutaptų, tai septynių nukleotidų seka (GCUGCUG) galėtų koduoti ne dvi aminorūgštis (alaninas-alaninas) (33 pav., A), kaip nepersidengiančio kodo atveju, o tris (jei vienas nukleotidas). yra dažnas) (33 pav., B) arba penkis (jei bendri du nukleotidai) (žr. 33 pav., C). Paskutiniais dviem atvejais bet kurio nukleotido mutacija sukeltų dviejų, trijų ir kt. sekos pažeidimą. amino rūgštys.

Tačiau buvo nustatyta, kad vieno nukleotido mutacija visada sutrikdo vienos aminorūgšties įtraukimą į polipeptidą. Tai yra svarbus argumentas, patvirtinantis, kad kodas nepersidengia.

Paaiškinkime tai 34 paveiksle. Paryškintos linijos rodo tripletus, koduojančius aminorūgštis, jei kodas nesutampa ir persidengia. Eksperimentai nedviprasmiškai parodė, kad genetinis kodas nesutampa. Nesigilindami į eksperimento detales, pažymime, kad jei nukleotidų sekoje pakeisime trečiąjį nukleotidą (žr. 34 pav.)At (pažymėta žvaigždute) į kitą, tada:

1. Naudojant nepersidengiantį kodą, šios sekos valdomas baltymas turėtų vienos (pirmosios) aminorūgšties (pažymėtos žvaigždutėmis) pakaitalą.

2. Jei A parinktyje sutampa kodas, dvi (pirmoji ir antroji) aminorūgštys (pažymėtos žvaigždutėmis) būtų pakeistos. Pagal B variantą pakeitimas paveiktų tris aminorūgštis (pažymėtas žvaigždutėmis).

Tačiau daugybė eksperimentų parodė, kad sulaužius vieną DNR nukleotidą, baltymas visada paveikia tik vieną aminorūgštį, o tai būdinga nesutampančiam kodui.

ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ

HCC HCC HCC UHC CUG HCC CUG UGC HCU CUG

*** *** *** *** *** ***

Alaninas - Alaninas Ala - Cys - Lei Ala - Lei - Lei - Ala - Lei

A B C

nepersidengęs kodas persidengiantis kodas

Ryžiai. 34. Nepersidengiančio kodo buvimą genome paaiškinanti schema (paaiškinimas tekste).

Genetinio kodo nepersidengimas siejamas su kita savybe – informacijos skaitymas pradedamas nuo tam tikro taško – iniciacijos signalo. Toks iniciacijos signalas mRNR yra kodonas, koduojantis AUG metioniną.

Reikia pažymėti, kad žmogus vis dar turi nedaug genų, kurie nukrypsta nuo bendros taisyklės ir persidengia.

e. Kompaktiškumas.

Tarp kodonų nėra skyrybos ženklų. Kitaip tariant, trynukai nėra atskirti vienas nuo kito, pavyzdžiui, vienu beprasmiu nukleotidu. „Skyrybos ženklų“ nebuvimas genetiniame kode buvo įrodytas eksperimentais.

ir. Universalumas.

Kodas yra vienodas visiems Žemėje gyvenantiems organizmams. Tiesioginis genetinio kodo universalumo įrodymas buvo gautas lyginant DNR sekas su atitinkamomis baltymų sekomis. Paaiškėjo, kad visuose bakterijų ir eukariotų genomuose naudojami tie patys kodo reikšmių rinkiniai. Yra išimčių, bet ne tiek daug.

Pirmosios genetinio kodo universalumo išimtys buvo rastos kai kurių gyvūnų rūšių mitochondrijose. Tai buvo susiję su terminatoriaus kodonu UGA, kuris buvo toks pat kaip UGG kodonas, koduojantis aminorūgštį triptofaną. Taip pat rasta ir kitų retesnių nukrypimų nuo universalumo.

DNR kodų sistema.

Genetinis DNR kodas susideda iš 64 nukleotidų tripletų. Šie trynukai vadinami kodonais. Kiekvienas kodonas koduoja vieną iš 20 aminorūgščių, naudojamų baltymų sintezei. Tai suteikia tam tikro kodo pertekliaus: daugumą aminorūgščių koduoja daugiau nei vienas kodonas.
Vienas kodonas atlieka dvi tarpusavyje susijusias funkcijas: signalizuoja apie transliacijos pradžią ir koduoja aminorūgšties metionino (Met) įtraukimą į augančią polipeptidinę grandinę. DNR kodų sistema sukurta taip, kad genetinį kodą būtų galima išreikšti kaip RNR kodonus arba kaip DNR kodonus. RNR kodonai atsiranda RNR (mRNR) ir šie kodonai gali nuskaityti informaciją polipeptidų sintezės metu (procesas vadinamas vertimu). Bet kiekviena mRNR molekulė įgyja nukleotidų seką transkripcijos metu iš atitinkamo geno.

Visos aminorūgštys, išskyrus dvi (Met ir Trp), gali būti koduojamos 2–6 skirtingais kodonais. Tačiau daugumos organizmų genomas rodo, kad tam tikri kodonai yra palankesni už kitus. Pavyzdžiui, žmonėms alaniną GCC koduoja keturis kartus dažniau nei GCG. Tai tikriausiai rodo didesnį kai kurių kodonų vertimo aparato (pvz., ribosomos) vertimo efektyvumą.

Genetinis kodas yra beveik universalus. Tie patys kodonai priskiriami tai pačiai aminorūgščių atkarpai, o tie patys pradžios ir pabaigos signalai iš esmės yra vienodi gyvūnams, augalams ir mikroorganizmams. Tačiau buvo aptikta keletas išimčių. Dauguma jų apima vieno ar dviejų iš trijų stop kodonų priskyrimą aminorūgščiai.

GENETINIS KODAS(Graikų kalba, genetika reiškia kilmę; sin.: kodas, biologinis kodas, aminorūgščių kodas, baltymo kodas, nukleino rūgšties kodas) – sistema, skirta įrašyti paveldimą informaciją gyvūnų, augalų, bakterijų ir virusų nukleorūgščių molekulėse, kaitaliojant nukleotidų seką.

Genetinė informacija (pav.) iš ląstelės į ląstelę, iš kartos į kartą, išskyrus RNR turinčius virusus, perduodama reduplikuojant DNR molekules (žr. Replikacija). DNR paveldimos informacijos įgyvendinimas ląstelių gyvavimo procese atliekamas per 3 RNR tipus: informacinę (mRNR arba mRNR), ribosominę (rRNR) ir transportinę (tRNR), kurios sintezuojamos DNR kaip matricoje, naudojant RNR. polimerazės fermentas. Tuo pačiu metu nukleotidų seka DNR molekulėje vienareikšmiškai lemia nukleotidų seką visose trijose RNR rūšyse (žr. Transkripciją). Geno (žr.) informaciją, koduojančią baltyminę molekulę, neša tik mRNR. Galutinis paveldimos informacijos įgyvendinimo produktas yra baltymų molekulių sintezė, kurios specifiškumą lemia jų aminorūgščių seka (žr. Vertimą).

Kadangi DNR arba RNR yra tik 4 skirtingos azotinės bazės [DNR - adeninas (A), timinas (T), guaninas (G), citozinas (C); RNR - adeninas (A), uracilas (U), citozinas (C), guaninas (G)], kurių seka lemia 20 aminorūgščių seką baltyme, G. to. problema, t.y. 4 raidžių nukleorūgščių abėcėlės vertimo į 20 raidžių polipeptidų abėcėlę problema.

Pirmą kartą baltymų molekulių matricinės sintezės idėją teisingai numatant hipotetinės matricos savybes N. K. Kolcovas suformulavo 1928 m. 1944 m. Avery ir kt. nustatė, kad DNR molekulės yra atsakingos už perdavimą. paveldimų požymių transformacijos į pneumokokus metu. 1948 metais E. Chargaffas parodė, kad visose DNR molekulėse yra kiekybinė atitinkamų nukleotidų (A-T, G-C) lygybė. 1953 m. F. Crick, J. Watson ir Wilkins (M. H. F. Wilkins), remdamiesi šia taisykle ir rentgeno spindulių difrakcijos analizės duomenimis (žr.), priėjo prie išvados, kad DNR molekulė yra dviguba spiralė, susidedanti iš dviejų polinukleotidų. sruogos, sujungtos vandeniliniais ryšiais. Be to, tik T gali būti prieš vienos grandinės A antroje, o tik C prieš G. Šis komplementarumas lemia tai, kad vienos grandinės nukleotidų seka vienareikšmiškai lemia kitos grandinės seką. Antroji reikšminga išvada, išplaukianti iš šio modelio, yra ta, kad DNR molekulė gali savaime daugintis.

1954 metais G. Gamow suformulavo G. problemą į. jos šiuolaikine forma. 1957 metais F. Crickas išreiškė Adapterio hipotezę, darydamas prielaidą, kad aminorūgštys sąveikauja su nukleorūgštimi ne tiesiogiai, o per tarpininkus (dabar žinomas kaip tRNR). Vėlesniais metais visos pagrindinės genetinės informacijos perdavimo schemos, iš pradžių hipotetinės, jungtys buvo patvirtintos eksperimentiškai. 1957 m. buvo atrastos mRNR [A. S. Spirin, A. N. Belozersky ir kt.; Folkinas ir Astrachanė (E. Volkinas, L. Astrachanas)] ir tRNR [Hoaglandas (M. V. Hoaglandas)]; 1960 metais DNR buvo susintetinta už ląstelės ribų, naudojant esamas DNR makromolekules kaip šabloną (A. Kornberg) ir buvo atrasta nuo DNR priklausoma RNR sintezė [Weiss (S. V. Weiss) ir kt.]. 1961 metais buvo sukurta sistema be ląstelių, kurioje, dalyvaujant natūraliai RNR arba sintetiniams poliribonukleotidams, buvo sintetinamos į baltymus panašios medžiagos [M. Nirenbergas ir Matthaei (J. H. Matthaei)]. G. to. pažinimo problema susideda iš bendrųjų kodo savybių tyrimo ir faktinio jo iššifravimo, tai yra išsiaiškinimo, kurios nukleotidų (kodonų) kombinacijos koduoja tam tikras aminorūgštis.

Bendrosios kodo savybės buvo išaiškintos neatsižvelgiant į jo dekodavimą ir daugiausia prieš jį analizuojant mutacijų formavimosi molekulinius modelius (F. Crick ir kt., 1961; N. V. Luchnik, 1963). Jie ateina į tai:

1. Kodas yra universalus, t.y. identiškas, bent jau iš esmės, visoms gyvoms būtybėms.

2. Kodas yra tripletas, tai yra, kiekviena aminorūgštis yra koduota trigubu nukleotidų.

3. Kodas yra nepersidengiantis, t. y. tam tikras nukleotidas negali būti daugiau nei vieno kodono dalis.

4. Kodas yra išsigimęs, tai yra, vieną aminorūgštį gali užkoduoti keli tripletai.

5. Informacija apie pirminę baltymo struktūrą skaitoma iš iRNR nuosekliai, pradedant nuo fiksuoto taško.

6. Dauguma galimų trynukų turi „prasmę“, t.y., koduoja aminorūgštis.

7. Iš trijų kodono „raidžių“ tik dvi (įpareigojamosios) yra svarbiausios, o trečioji (neprivaloma) neša daug mažiau informacijos.

Tiesioginis kodo dekodavimas būtų lyginamas struktūrinio geno nukleotidų seka (arba jame susintetinta mRNR) su aminorūgščių seka atitinkamame baltyme. Tačiau šis būdas vis dar techniškai neįmanomas. Buvo naudojami dar du būdai: baltymų sintezė sistemoje be ląstelių, naudojant žinomos sudėties dirbtinius poliribonukleotidus kaip matricą ir mutacijų formavimosi molekulinių modelių analizę (žr.). Pirmoji atnešė teigiamų rezultatų anksčiau ir istoriškai suvaidino didelį vaidmenį iššifruojant G. į.

1961 m. M. Nirenbergas ir Mattei kaip matricą panaudojo homopolimerą – sintetinę poliuridilo rūgštį (t.y. dirbtinę RNR kompozicijos UUUU ...) ir gavo polifenilalaniną. Iš to išplaukė, kad fenilalanino kodonas susideda iš kelių U, ty tripleto kodo atveju jis reiškia UUU. Vėliau kartu su homopolimerais buvo naudojami poliribonukleotidai, susidedantys iš skirtingų nukleotidų. Šiuo atveju buvo žinoma tik polimerų sudėtis, o nukleotidų išsidėstymas juose buvo statistinis, todėl rezultatų analizė buvo statistinė ir davė netiesiogines išvadas. Gana greitai pavyko rasti bent vieną tripletą visoms 20 aminorūgščių. Paaiškėjo, kad organinių tirpiklių buvimas, pH ar temperatūros pokyčiai, kai kurie katijonai ir ypač antibiotikai kodą daro dviprasmišką: tie patys kodonai pradeda skatinti kitų aminorūgščių įtraukimą, kai kuriais atvejais vienas kodonas pradėjo koduoti iki keturių. skirtingos aminorūgštys. Streptomicinas paveikė informacijos skaitymą tiek sistemose, kuriose nėra ląstelių, tiek in vivo, ir buvo veiksmingas tik streptomicinui jautrioms bakterijų padermėms. Nuo streptomicino priklausomose padermėse jis „pataisė“ rodmenis iš kodonų, kurie pasikeitė dėl mutacijos. Panašūs rezultatai davė pagrindo abejoti G. dekodavimo teisingumu, naudojant sistemą be ląstelių; buvo reikalingas patvirtinimas, pirmiausia naudojant in vivo duomenis.

Pagrindiniai duomenys apie G. to. in vivo buvo gauti analizuojant baltymų aminorūgščių sudėtį organizmuose, apdorotuose mutagenais (žr.), kurių veikimo mechanizmas žinomas, pavyzdžiui, azoto to-one, dėl kurio C pakeičiama U ir A by D. Naudingos informacijos suteikia ir nespecifinių mutagenų sukeltų mutacijų analizė, skirtingų rūšių giminingų baltymų pirminės struktūros skirtumų palyginimas, DNR ir baltymų sudėties koreliacija ir kt.

G. dekodavimas į. remiantis duomenimis in vivo ir in vitro davė sutampančius rezultatus. Vėliau buvo sukurti kiti trys kodo iššifravimo metodai sistemose be ląstelių: aminoacil-tRNR (t. y. tRNR su prijungta aktyvuota aminorūgštimi) surišimas su žinomos sudėties trinukleotidais (M. Nirenberg ir kt., 1965); aminoacil-tRNR surišimas su polinukleotidais, pradedant tam tikru tripletu (Mattei ir kt., 1966), ir polimerų kaip mRNR panaudojimas, kuriame žinoma ne tik sudėtis, bet ir nukleotidų tvarka (X. Korana ir kt. ., 1965). Visi trys metodai papildo vienas kitą, o rezultatai atitinka duomenis, gautus atliekant eksperimentus in vivo.

70-aisiais. 20 a buvo ypač patikimi G. dekodavimo rezultatų tikrinimo metodai. Žinoma, kad proflavino įtakoje atsirandančios mutacijos susideda iš atskirų nukleotidų praradimo arba įterpimo, dėl kurio pasislenka skaitymo kadras. T4 fage proflavinas sukėlė daugybę mutacijų, kurių metu pasikeitė lizocimo sudėtis. Ši kompozicija buvo išanalizuota ir palyginta su tais kodonais, kurie turėjo būti gauti pakeitus skaitymo rėmą. Vyko visiškas mačas. Be to, šis metodas leido nustatyti, kurie išsigimusio kodo tripletai koduoja kiekvieną aminorūgštį. 1970 m. Adamsui (J. M. Adamsui) ir jo bendradarbiams pavyko iš dalies iššifruoti G. to. tiesioginiu metodu: R17 fage bazinė seka buvo nustatyta 57 nukleotidų ilgio fragmente ir palyginta su aminorūgščių seka. jo lukšto baltymas. Rezultatai visiškai sutapo su gautais mažiau tiesioginiais metodais. Taigi kodas iššifruojamas visiškai ir teisingai.

Dekodavimo rezultatai apibendrinti lentelėje. Jame išvardyta kodonų ir RNR sudėtis. tRNR antikodonų sudėtis papildo mRNR kodonus, t. y. vietoj U juose yra A, vietoj A - U, vietoj C - G ir vietoj G - C ir atitinka struktūrinio geno kodonus (tos grandinės DNR, su kuria skaitoma informacija), vienintelis skirtumas yra tas, kad uracilas užima timino vietą. Iš 64 tripletų, kuriuos gali sudaryti 4 nukleotidų derinys, 61 turi „jutimą“, t.y. koduoja aminorūgštis, o 3 yra „nesąmonė“ (be prasmės). Yra gana aiškus ryšys tarp trynukų sudėties ir jų reikšmės, kuris buvo atrastas net ir analizuojant bendras kodo savybes. Kai kuriais atvejais specifinę aminorūgštį (pvz., proliną, alaniną) koduojantiems tripletams būdinga tai, kad pirmieji du nukleotidai (obligatiniai) yra vienodi, o trečiasis (nebūtina) gali būti bet koks. Kitais atvejais (koduojant, pavyzdžiui, asparaginą, glutaminą) du panašūs tripletai turi tą pačią reikšmę, kai pirmieji du nukleotidai sutampa, o bet koks purinas ar bet koks pirimidinas užima trečiojo vietą.

Nesąmoningi kodonai, iš kurių 2 turi specialius pavadinimus, atitinkančius fagų mutantų žymėjimą (UAA-ochre, UAG-gintaras, UGA-opalas), nors jie nekoduoja jokių aminorūgščių, jie turi didelę reikšmę skaitant informaciją, koduojant polipeptidinės grandinės galas.

Informacija skaitoma kryptimi nuo 5 1 -> 3 1 - iki nukleotidų grandinės galo (žr. Dezoksiribonukleino rūgštys). Šiuo atveju baltymų sintezė vyksta nuo aminorūgšties su laisva aminogrupe iki aminorūgšties su laisvąja karboksilo grupe. Sintezės pradžią koduoja AUG ir GUG tripletai, kurie šiuo atveju apima specifinę pradinę aminoacil-tRNR, būtent N-formilmetionil-tRNR. Tie patys tripletai, lokalizuoti grandinėje, koduoja atitinkamai metioniną ir valiną. Dviprasmybę pašalina tai, kad prieš skaitymo pradžią yra nesąmonių. Yra duomenų, kad ribą tarp skirtingus baltymus koduojančių iRNR sričių sudaro daugiau nei du tripletai ir šiose vietose kinta antrinė RNR struktūra; šis klausimas tiriamas. Jei struktūriniame gene yra nesąmonė kodonas, atitinkamas baltymas sukuriamas tik iki šio kodono vietos.

Genetinio kodo atradimas ir iššifravimas – išskirtinis molekulinės biologijos pasiekimas – turėjo įtakos visai biologijai, mokslams, kai kuriais atvejais padėjo pagrindą specialių didelių skyrių kūrimui (žr. Molekulinė genetika). G. atveriamasis poveikis ir su juo susiję tyrimai lyginami su tuo poveikiu, kurį biol, mokslams padarė Darvino teorija.

G. to. universalumas yra tiesioginis visų organinio pasaulio atstovų pagrindinių molekulinių gyvybės mechanizmų universalumo įrodymas. Tuo tarpu dideli genetinio aparato funkcijų ir jo struktūros skirtumai pereinant nuo prokariotų prie eukariotų ir iš vienaląsčių prie daugialąsčių tikriausiai siejami su molekuliniais skirtumais, kurių tyrimas yra vienas iš ateities uždavinių. Kadangi G. tyrimai yra tik pastarųjų metų reikalas, gautų rezultatų reikšmė praktinei medicinai yra tik netiesioginio pobūdžio, kol kas leidžia suprasti ligų prigimtį, patogenų veikimo mechanizmą ir vaistinių medžiagų. Tačiau tokių reiškinių kaip transformacija (žr.), transdukcija (žr.), slopinimas (žr.) atradimas rodo esminę patologiškai pakitusios paveldimos informacijos pataisymo ar jos korekcijos galimybę – vadinamąją. genų inžinerija (žr.).

Lentelė. GENETINIS KODAS

Pirmasis kodono nukleotidas	Antrasis kodono nukleotidas								Trečia, kodono nukleotidas
		Fenilalaninas
						J Nesąmonė
								triptofanas
						Histidinas
						Glutamo rūgštis
		Izoleucinas				Aspartas
		Metioninas
						Asparaginas
						Glutaminas

* Užkoduoja grandinės galą.

** Taip pat koduoja grandinės pradžią.

Bibliografija: Ichas M. Biologinis kodas, vert. iš anglų k., M., 1971; Lankininkas N.B. Citogenetinių pralaimėjimų biofizika ir genetinis kodas, L., 1968; Molekulinė genetika, trans. iš anglų k., red. A. N. Belozersky, 1 dalis, M., 1964; Nukleino rūgštys, trans. iš anglų k., red. A. N. Belozerskis. Maskva, 1965 m. Watson JD Geno molekulinė biologija, trans. iš anglų k., M., 1967; Fiziologinė genetika, red. M. E. Lobaševa S. G., Inge-Vechtoma-va, L., 1976, bibliogr.; Desoxyribonucleins&ure, Schlttssel des Lebens, hrsg. v „E. Geissler, B., 1972; Genetinis kodas, Gold Spr. Harb. Symp. kvant. Biol., v. 31, 1966; W o e s e C. R. Genetinis kodas, N. Y. a. o., 1967 m.

GENETINIS KODAS, paveldimos informacijos įrašymo į nukleorūgščių molekules būdas šias rūgštis sudarančių nukleotidų sekos pavidalu. Tam tikra nukleotidų seka DNR ir RNR atitinka tam tikrą aminorūgščių seką baltymų polipeptidinėse grandinėse. Įprasta kodą rašyti didžiosiomis rusų arba lotynų abėcėlės raidėmis. Kiekvienas nukleotidas žymimas raide, kuria prasideda azoto bazės, kuri yra jo molekulės dalis, pavadinimas: A (A) - adeninas, G (G) - guaninas, C (C) - citozinas, T (T) - timinas. ; RNR vietoj timino uracilas yra U (U). Kiekvienas iš jų yra užkoduotas trijų nukleotidų deriniu – tripletu arba kodonu. Trumpai tariant, genetinės informacijos perdavimo būdas apibendrintas vadinamajame. pagrindinė molekulinės biologijos dogma: DNR RNR f baltymas.

Ypatingais atvejais informacija gali būti perkelta iš RNR į DNR, bet niekada iš baltymo į genus.

Genetinės informacijos realizavimas vykdomas dviem etapais. Ląstelės branduolyje, informacijoje arba matricoje RNR (transkripcija) sintetinama DNR. Šiuo atveju DNR nukleotidų seka „perrašoma“ (perkoduojama) į mRNR nukleotidų seką. Tada mRNR patenka į citoplazmą, prisijungia prie ribosomos ir ant jos, kaip ir ant matricos, susintetinama polipeptidinė baltymo grandinė (transliacija). Aminorūgštys pernešančios RNR pagalba prijungiamos prie kuriamos grandinės seka, kurią lemia nukleotidų tvarka mRNR.

Iš keturių „raidžių“ galite padaryti 64 skirtingus trijų raidžių „žodžius“ (kodonus). Iš 64 kodonų 61 koduoja tam tikras aminorūgštis, o trys yra atsakingi už polipeptidinės grandinės sintezės užbaigimą. Kadangi 20 aminorūgščių, sudarančių baltymus, yra 61 kodonas, kai kurias aminorūgštis koduoja daugiau nei vienas kodonas (vadinamasis kodo degeneracija). Toks perteklius padidina kodo ir viso baltymų biosintezės mechanizmo patikimumą. Dar viena kodo savybė – jo specifiškumas (vienaprasmiškumas): vienas kodonas koduoja tik vieną aminorūgštį.

Be to, kodas nepersidengia – informacija skaitoma viena kryptimi nuosekliai, tripletas po tripleto. Įspūdingiausia kodo savybė yra jo universalumas: jis vienodas visoms gyvoms būtybėms – nuo ​​bakterijų iki žmonių (išskyrus mitochondrijų genetinį kodą). Mokslininkai mano, kad tai patvirtina sampratą apie visų organizmų kilmę iš vieno bendro protėvio.

Genetinio kodo dekodavimas, t.y., kiekvieno kodono „prasmės“ ir informacijos skaitymo taisyklių nustatymas, buvo atliktas 1961–1965 m. ir laikomas vienu ryškiausių molekulinės biologijos laimėjimų.