Реконструирован древний генетический код
|
Теория, разработанная учеными из Университета города Бат (Великобритания), объясняет природу избыточности генетического кода живых существ.
Проблема избыточности встала на повестку дня в начале шестидесятых годов, когда были поставлены эксперименты, приведшие к разгадке генетического кода. В 1968 году за открытие механизма кодирования белков Маршалл Ниренберг (Marshall Nirenberg), Хар Гобинд Хорана (Har Gobind Khorana) и Роберт Холли (Robert Holley) получили Нобелевскую премию.
Этот механизм состоит в следующем. Последовательности из трех оснований молекулы ДНК — трехбуквенные слова-кодоны — кодируют каждая одну аминокислоту (можно сказать, что при этом происходит перевод слова с языка оснований на язык аминокислот). Аминокислоты собираются в продиктованном молекулой ДНК порядке в белки, принимая причудливую сложную форму. А поскольку в алфавите языка оснований всего четыре буквы и все слова составлены из трех букв, в этом языке существует ровно 64 (4 в кубе) слова-кодона.
Несмотря на кажущуюся бедность используемого Природой языка, даже такой словарный запас оказывается троекратно избыточным — ведь живые организмы используют при производстве белков всего 21 аминокислоту! Поэтому некоторые аминокислоты кодируются не одним, а несколькими словами-кодонами. При этом одним аминокислотам соответствует 2 или 4 кодона (а аминокислоте лейцину — и все 6), а другим, используемым не реже и не менее важным, — только один.
Генетики всего мира в течение 40 лет безуспешно пытались объяснить этот парадокс. Ученые из Университета города Бат утверждают, что загадка, наконец, решена. Об этом говорится в пресс-релизе университета.
Решение британским исследователям подсказал Фрэнсис Крик (Francis Crick) — один из первооткрывателей структуры ДНК. Крик в свое время предположил, что трехбуквенный код ДНК берет свое начало от более простой двухбуквенной системы. Хотя Крик посчитал переход на трехбуквенную систему случайно закрепившейся «в веках» ошибкой, генетики из Бата пришли к выводу, что переход этот был вполне логичным и отнюдь не случайным.
Дело в том, что, как полагают британские ученые, двухбуквенные слова древнего генетического кода читались не поодиночке, а последовательностями по три. При этом для построения белковой молекулы использовались не все три пары «букв», а только первые два «префикса» или последние два «суффикса».
Британцы реконструировали двухбуквенный код и показали, каким образом из него был получен трехбуквенный. И многие ранее необъяснимые особенности генетического кода оказались легко выводимыми. В частности, теория четко предсказывает, сколько кодонов (и какие именно) должны соответствовать каждой из аминокислот. Столь же естественно выводится деление аминокислот на гидрофильные и гидрофобные.
Поскольку аминокислот 21, некоторые из них не укладываются в архаичный двухбуквенный код (из которого можно собрать всего 16 различных слов). Живые организмы смогли использовать их позднее, когда код стал трехбуквенным. Интересно, что две из этих «новых» аминокислот — глутаминовая и аспарагиновая — отличаются неустойчивостью к нагреванию. Ян ван ден Эльсен (Jean van den Elsen), один из авторов новой теории, полагает, что это косвенный ответ на вопрос, каким — холодным или горячим — был тот «первичный бульон», в котором обитал общий предок всех живущих на земле организмов. По мнению ван ден Эльсена, жизнь зародилась в горячей среде, а после выхода в более прохладные условия сумела резко расширить разнообразие возможных белков за счет освоения ранее недоступных аминокислот.
|
Три ступеньки (три пары оснований) спирали ДНК, называемые кодоном, кодируют одну аминокислоту в белке. На фото — три автора исследования: Стефан Бэгби (Stefan Bagby), Ян ван ден Эльсен (Jean van den Elsen) и Хуан-Лин Ву (Huan-Lin Wu) на спиральной лестнице. Фото с сайта www.bath.ac.uk