يحتوي الكود الجيني للكائنات المختلفة على بعض الخصائص المشتركة:
1) التثليث. لتسجيل أي معلومات ، بما في ذلك المعلومات الوراثية ، يتم استخدام تشفير معين ، يكون عنصره حرفًا أو رمزًا. مجموعة من هذه الرموز تشكل الأبجدية. تتم كتابة الرسائل الفردية كمجموعة من الأحرف تسمى مجموعات التعليمات البرمجية ، أو الكودونات. من المعروف أن الأبجدية تتكون من حرفين فقط - وهذا هو رمز مورس. هناك 4 أحرف في DNA - الأحرف الأولى من أسماء القواعد النيتروجينية (A ، G ، T ، C) ، مما يعني أن الأبجدية الجينية تتكون من 4 أحرف فقط. ما هي مجموعة الكود ، أو باختصار ، الشفرة الجينية؟ 20 من الأحماض الأمينية الأساسية معروفة ، يجب كتابة محتواها في الشفرة الوراثية ، أي أن 4 أحرف يجب أن تعطي 20 كلمة رمزية. لنفترض أن الكلمة تتكون من حرف واحد ، ثم سنحصل على 4 مجموعات رمز فقط. إذا كانت الكلمة تتكون من حرفين ، فسيكون هناك 16 مجموعة فقط من هذا القبيل ، ومن الواضح أن هذا لا يكفي لترميز 20 من الأحماض الأمينية. لذلك ، يجب أن يكون هناك 3 نيوكليوتيدات على الأقل في كلمة الشفرة ، والتي ستعطي 64 (43) توليفة. هذا العدد من المجموعات الثلاثية يكفي لترميز جميع الأحماض الأمينية. وبالتالي ، فإن كودون الشفرة الوراثية هو ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات.
2) الانحطاط (التكرار) - خاصية للشفرة الجينية تتكون ، من ناحية ، من حقيقة أنها تحتوي على ثلاثة توائم زائدة عن الحاجة ، أي المرادفات ، ومن ناحية أخرى ، ثلاثة توائم "لا معنى لها". نظرًا لأن الكود يشتمل على 64 مجموعة ، ويتم تشفير 20 من الأحماض الأمينية فقط ، يتم ترميز بعض الأحماض الأمينية بعدة ثلاثة توائم (أرجينين ، سيرين ، ليسين - ستة ؛ فالين ، برولين ، ألانين ، جليسين ، ثريونين - أربعة ؛ إيزولوسين - ثلاثة ؛ فينيل ألانين ، التيروزين ، الهيستيدين ، اللايسين ، الأسباراجين ، الجلوتامين ، السيستين ، الأحماض الأسبارتيك والجلوتاميك - اثنان ؛ ميثيونين وتريبتوفان - واحد ثلاثي). بعض مجموعات الكود (UAA ، UAG ، UGA) لا تحمل عبئًا دلاليًا على الإطلاق ، أي أنها ثلاثية "لا معنى لها". تعمل الكودونات "عديمة المعنى" ، أو اللامعقولة ، كمنهي سلسلة - علامات الترقيم في النص الجيني - بمثابة إشارة لنهاية تخليق سلسلة البروتين. هذا التكرار في الكود له أهمية كبيرة لزيادة موثوقية نقل المعلومات الجينية.
3) عدم التداخل. لا تتداخل الرموز الثلاثية مطلقًا ، أي يتم بثها معًا دائمًا. عند قراءة المعلومات من جزيء DNA ، من المستحيل استخدام القاعدة النيتروجينية لثلاثة توائم مع قواعد ثلاثية أخرى.
4) التفرد. لا توجد حالات يتطابق فيها نفس الثلاثي مع أكثر من حمض واحد.
5) عدم وجود فصل للحروف داخل الجين. تتم قراءة الشفرة الجينية من مكان معين بدون فواصل.
6) براعة. في أنواع مختلفة من الكائنات الحية (الفيروسات والبكتيريا والنباتات والفطريات والحيوانات) ، تقوم نفس الثلاثة توائم بترميز نفس الأحماض الأمينية.
7) خصوصية الأنواع. يختلف عدد وتسلسل القواعد النيتروجينية في سلسلة الحمض النووي من كائن حي إلى آخر.

في أي خلية وكائن حي ، يتم تحديد جميع سمات الطبيعة التشريحية والصرفية والوظيفية من خلال بنية البروتينات المتضمنة فيها. الخاصية الوراثية للكائن الحي هي القدرة على تصنيع بروتينات معينة. توجد الأحماض الأمينية في سلسلة بولي ببتيد تعتمد عليها الخصائص البيولوجية.
كل خلية لها تسلسلها الخاص من النيوكليوتيدات في سلسلة DNA Polynucleotide. هذه هي الشفرة الجينية للحمض النووي. من خلاله ، يتم تسجيل معلومات حول تخليق بعض البروتينات. حول ماهية الشفرة الجينية ، حول خصائصها والمعلومات الوراثية موصوفة في هذه المقالة.

القليل من التاريخ

فكرة وجود رمز جيني صاغها ج. جامو وأ. داون في منتصف القرن العشرين. وصفوا أن تسلسل النوكليوتيدات المسؤول عن تخليق حمض أميني معين يحتوي على ثلاثة روابط على الأقل. في وقت لاحق أثبتوا العدد الدقيق لثلاثة نيوكليوتيدات (هذه وحدة من الشفرة الجينية) ، والتي كانت تسمى ثلاثية أو كودون. هناك 64 نيوكليوتيدًا في المجموع ، لأن جزيء الحمض ، حيث يوجد أو يحدث الحمض النووي الريبي ، يتكون من بقايا أربعة نيوكليوتيدات مختلفة.

ما هو الكود الجيني

إن طريقة ترميز تسلسل البروتين للأحماض الأمينية بسبب تسلسل النيوكليوتيدات هي خاصية مميزة لجميع الخلايا والكائنات الحية. هذا ما هو الكود الجيني.
هناك أربعة نيوكليوتيدات في الحمض النووي:

• الأدينين - أ ؛
• جوانين - G ؛
• السيتوزين - C ؛
• الثايمين - T.

يشار إليها بأحرف كبيرة في اللاتينية أو (في الأدب الروسي) الروسية.
يحتوي الحمض النووي الريبي أيضًا على أربعة نيوكليوتيدات ، لكن أحدها يختلف عن الحمض النووي:

• الأدينين - أ ؛
• جوانين - G ؛
• السيتوزين - C ؛
• اليوراسيل - يو.

تصطف جميع النيوكليوتيدات في سلاسل ، وفي الحمض النووي يتم الحصول على حلزون مزدوج ، وفي الحمض النووي الريبي يكون وحيدًا.
تُبنى البروتينات على عشرين نوعًا من الأحماض الأمينية ، حيث يتم تحديد خصائصها البيولوجية في تسلسل معين.

خصائص الكود الجيني

الثلاثية. تتكون وحدة الشفرة الجينية من ثلاثة أحرف ، وهي ثلاثية. هذا يعني أن الأحماض الأمينية العشرين الموجودة يتم ترميزها بواسطة ثلاثة نيوكليوتيدات محددة تسمى الكودونات أو trilpets. هناك أربعة وستون مجموعة يمكن تكوينها من أربعة نيوكليوتيدات. هذه الكمية أكثر من كافية لتشفير عشرين حمضًا أمينيًا.
انحطاط. يتوافق كل حمض أميني مع أكثر من كودون واحد ، باستثناء الميثيونين والتربتوفان.
غموض. كودون واحد لحمض أميني واحد. على سبيل المثال ، في جين الشخص السليم الذي لديه معلومات حول هدف بيتا للهيموجلوبين ، يقوم ثلاثي GAG و GAA بترميز A في كل شخص مصاب بفقر الدم المنجلي ، يتم تغيير نوكليوتيد واحد.
علاقة خطية متداخلة. يتوافق تسلسل الأحماض الأمينية دائمًا مع تسلسل النوكليوتيدات الذي يحتويه الجين.
الشفرة الجينية مستمرة ومضغوطة ، مما يعني أنها لا تحتوي على "علامات ترقيم". أي ، بدءًا من كودون معين ، هناك قراءة مستمرة. على سبيل المثال ، ستتم قراءة AUGGUGTSUUAAAUGUG على النحو التالي: AUG ، GUG ، CUU ، AAU ، GUG. ولكن ليس AUG و UGG وما إلى ذلك ، أو بأي طريقة أخرى.
براعه. إنه نفس الشيء بالنسبة لجميع الكائنات الأرضية ، من البشر إلى الأسماك والفطريات والبكتيريا.

الطاولة

لا توجد جميع الأحماض الأمينية المتاحة في الجدول المعروض. هيدروكسي برولين ، هيدروكسي ليسين ، فوسفوسرين ، مشتقات اليود من التيروزين ، السيستين ، وبعض مشتقات أخرى غائبة ، لأنها مشتقات من الأحماض الأمينية الأخرى المشفرة بواسطة mRNA وتشكلت بعد تعديل البروتين نتيجة للترجمة.
من خصائص الكود الجيني ، من المعروف أن كودون واحد قادر على ترميز حمض أميني واحد. الاستثناء هو الشفرة الجينية التي تؤدي وظائف ورموز إضافية للفالين والميثيونين. RNA ، كونه في البداية مع الكودون ، يربط t-RNA الذي يحمل فورميل ميثيون. عند الانتهاء من التوليف ، ينقسم نفسه ويأخذ معه بقايا الفورميل ، ويتحول إلى بقايا ميثيونين. وبالتالي ، فإن الكودونات المذكورة أعلاه هي البادئين في تخليق سلسلة من عديد الببتيدات. إذا لم يكونوا في البداية ، فلن يختلفوا عن الآخرين.

المعلومات الجينية

هذا المفهوم يعني برنامج الخصائص الذي ينتقل من الأجداد. إنه جزء لا يتجزأ من الوراثة كرمز جيني.
نفذت خلال الكود الجيني لتخليق البروتين:

• المعلومات و RNA.
• الرنا الريباسي.

تنتقل المعلومات عن طريق الاتصال المباشر (DNA-RNA-protein) والعكس (البيئة-البروتين-الحمض النووي).
يمكن للكائنات الحية استقبالها وتخزينها ونقلها واستخدامها بشكل أكثر فاعلية.
كونها موروثة ، تحدد المعلومات تطور الكائن الحي. ولكن بسبب التفاعل مع البيئة ، فإن رد فعل الأخير مشوه ، بسبب التطور والتطور. وبالتالي ، يتم وضع معلومات جديدة في الجسم.

أوضح حساب قوانين البيولوجيا الجزيئية واكتشاف الشفرة الجينية الحاجة إلى الجمع بين علم الوراثة ونظرية داروين ، التي على أساسها ظهرت نظرية التطور التركيبية - علم الأحياء غير الكلاسيكي.
الوراثة والتنوع والانتقاء الطبيعي لداروين يكمله الانتقاء المحدد جينيا. يتم تحقيق التطور على المستوى الجيني من خلال الطفرات العشوائية ووراثة الصفات الأكثر قيمة الأكثر تكيفًا مع البيئة.

فك الشفرة البشرية

في التسعينيات ، تم إطلاق مشروع الجينوم البشري ، ونتيجة لذلك ، في عام 2000 ، تم اكتشاف أجزاء من الجينوم تحتوي على 99.99٪ من الجينات البشرية. الأجزاء التي لم تشارك في تخليق البروتين ولم يتم ترميزها ظلت مجهولة. دورهم لا يزال غير معروف.

تم اكتشاف الكروموسوم 1 آخر مرة في عام 2006 ، وهو الأطول في الجينوم. أكثر من ثلاثمائة وخمسين مرضا ، بما في ذلك السرطان ، تظهر نتيجة الاضطرابات والطفرات فيه.

لا يمكن المبالغة في تقدير دور مثل هذا البحث. عندما اكتشفوا ماهية الشفرة الجينية ، أصبح معروفًا ما هي أنماط التطور التي تحدث ، وكيف تتشكل البنية المورفولوجية ، والنفسية ، والاستعداد لأمراض معينة ، والتمثيل الغذائي والرذائل لدى الأفراد.

الكود الجيني ، المعبر عنه في الكودونات ، هو نظام لترميز المعلومات حول بنية البروتينات المتأصلة في جميع الكائنات الحية على هذا الكوكب. استغرق فك تشفيرها عقدًا من الزمن ، لكن حقيقة وجودها ، فهم العلم لما يقرب من قرن. إن الشمولية ، الخصوصية ، أحادية الاتجاه ، وخاصة انحلال الكود الجيني لها أهمية بيولوجية كبيرة.

تاريخ الاكتشاف

لطالما كانت مشكلة الترميز مشكلة رئيسية في علم الأحياء. تحرك العلم ببطء إلى حد ما نحو بنية المصفوفة للشفرة الجينية. منذ اكتشاف J. Watson و F. Crick في عام 1953 للبنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي ، بدأت مرحلة تفكيك بنية الشفرة ذاتها ، مما دفع إلى الإيمان بعظمة الطبيعة. يتضمن التركيب الخطي للبروتينات ونفس بنية الحمض النووي وجود رمز جيني كمراسلات من نصين ، ولكن مكتوبًا باستخدام أبجديات مختلفة. وإذا كانت أبجدية البروتينات معروفة ، فإن علامات الحمض النووي أصبحت موضوع دراسة لعلماء الأحياء والفيزيائيين والرياضيين.

ليس من المنطقي وصف جميع الخطوات في حل هذا اللغز. تم إجراء تجربة مباشرة ، والتي أثبتت وأكدت وجود تطابق واضح ومتسق بين أكواد الحمض النووي والأحماض الأمينية البروتينية ، في عام 1964 بواسطة C. Janowski و S.Brenner. وبعد ذلك - فترة فك الشفرة الجينية في المختبر (في المختبر) باستخدام تقنيات تخليق البروتين في الهياكل الخالية من الخلايا.

تم نشر كود E. Coli الذي تم فك شفرته بالكامل في عام 1966 في ندوة لعلماء الأحياء في كولد سبرينغ هاربور (الولايات المتحدة الأمريكية). ثم تم اكتشاف التكرار (انحلال) الشفرة الوراثية. يتم شرح ما يعنيه هذا بكل بساطة.

يستمر فك التشفير

أصبح الحصول على بيانات حول فك شفرة الشفرة الوراثية أحد أهم الأحداث في القرن الماضي. اليوم ، يواصل العلم دراسة متعمقة لآليات الترميزات الجزيئية وخصائصها النظامية ووفرة العلامات التي تعبر عن خاصية انحطاط الشفرة الجينية. فرع منفصل من الدراسة هو ظهور وتطور نظام الترميز للمواد الوراثية. أعطى الدليل على العلاقة بين عديد النوكليوتيدات (DNA) وعديد الببتيدات (البروتينات) قوة دفع لتطوير البيولوجيا الجزيئية. وذلك بدوره يتعلق بالتكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية والاكتشافات في مجال التربية وإنتاج المحاصيل.

العقائد والقواعد

تتمثل العقيدة الرئيسية للبيولوجيا الجزيئية في أن المعلومات تنتقل من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي المرسال ، ثم من البروتين إلى البروتين. في الاتجاه المعاكس ، يمكن الانتقال من RNA إلى DNA ومن RNA إلى RNA آخر.

لكن المصفوفة أو الأساس هو دائمًا الحمض النووي. وجميع السمات الأساسية الأخرى لنقل المعلومات هي انعكاس لطبيعة المصفوفة للإرسال. وبالتحديد ، النقل عن طريق التوليف على مصفوفة الجزيئات الأخرى ، والتي ستصبح هيكلًا لاستنساخ المعلومات الوراثية.

الكود الجيني

يتم تنفيذ الترميز الخطي لبنية جزيئات البروتين باستخدام الكودونات التكميلية (ثلاثة توائم) من النيوكليوتيدات ، والتي لا يوجد منها سوى 4 (الأدين ، الجوانين ، السيتوزين ، الثايمين (اليوراسيل)) ، والتي تؤدي تلقائيًا إلى تكوين سلسلة أخرى من النيوكليوتيدات . نفس العدد والتكامل الكيميائي للنيوكليوتيدات هو الشرط الرئيسي لمثل هذا التوليف. ولكن أثناء تكوين جزيء البروتين ، لا يوجد تطابق بين كمية ونوعية المونومرات (نيوكليوتيدات الدنا هي أحماض أمينية بروتينية). هذا هو الكود الوراثي الطبيعي - نظام تسجيل في تسلسل النيوكليوتيدات (الكودونات) تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين.

يحتوي الكود الجيني على عدة خصائص:

• الثلاثية.
• غموض.
• توجيه.
• غير التداخل.
• التكرار (انحلال) الشفرة الجينية.
• براعه.

دعونا نقدم وصفا موجزا ، مع التركيز على الأهمية البيولوجية.

الثلاثية والاستمرارية ووجود الكشافات

كل واحد من الأحماض الأمينية الـ 61 يتوافق مع ثلاثي دلالي واحد (ثلاثي) من النيوكليوتيدات. ثلاثة توائم لا تحمل معلومات عن الأحماض الأمينية وهي توقف الكودونات. كل نيوكليوتيد في السلسلة هو جزء من ثلاثي ، ولا يوجد بمفرده. في نهاية وبداية سلسلة النيوكليوتيدات المسؤولة عن بروتين واحد ، هناك كودونات توقف. يبدأون أو يوقفون الترجمة (تخليق جزيء البروتين).

الخصوصية وعدم التداخل وأحادي الاتجاه

كل كودون (ثلاثي) رموز لحمض أميني واحد فقط. كل ثلاثة توائم مستقل عن المجاور ولا يتداخل. يمكن تضمين نوكليوتيد واحد في ثلاثة توائم واحدة فقط في السلسلة. يسير تخليق البروتين دائمًا في اتجاه واحد فقط ، والذي يتم تنظيمه عن طريق إيقاف الكودونات.

التكرار في الشفرة الجينية

كل ثلاثة تربعات من النوكليوتيدات ترمز لحمض أميني واحد. هناك 64 نيوكليوتيد في المجموع ، منها 61 ترميزًا من الأحماض الأمينية (أكواد الإحساس) ، وثلاثة منها لا معنى لها ، أي أنها لا ترمز إلى حمض أميني (إيقاف الكودونات). يكمن التكرار (انحلال) الشفرة الجينية في حقيقة أنه يمكن إجراء استبدالات في كل ثلاثة توائم - جذرية (تؤدي إلى استبدال الأحماض الأمينية) ومحافظة (لا تغير فئة الأحماض الأمينية). من السهل حساب أنه إذا أمكن إجراء 9 استبدالات في ثلاثة توائم (المواضع 1 و 2 و 3) ، فيمكن استبدال كل نوكليوتيد بـ 4 - 1 = 3 خيارات أخرى ، فإن العدد الإجمالي لخيارات استبدال النوكليوتيدات الممكنة سيكون 61 بنسبة 9 = 549.

يتجلى انحطاط الكود الجيني في حقيقة أن 549 متغيرًا هي أكثر بكثير مما هو ضروري لتشفير المعلومات حول 21 من الأحماض الأمينية. في الوقت نفسه ، من بين 549 متغيرًا ، سيؤدي 23 استبدالًا إلى تكوين أكواد التوقف ، و 134 + 230 استبدالًا تحفظيًا ، و 162 استبدالًا جذريًا.

حكم الانحطاط والإقصاء

إذا كان لدى اثنين من الكودونات نوكليوتيدات متطابقة ، والباقي نيوكليوتيدات من نفس الفئة (بيورين أو بيريميدين) ، فإنهما يحملان معلومات عن نفس الحمض الأميني. هذه هي قاعدة الانحطاط أو التكرار في الشفرة الوراثية. استثناءان - AUA و UGA - الرمزان الأولان للميثيونين ، على الرغم من أنه يجب أن يكون isoleucine ، والثاني هو كودون الإيقاف ، على الرغم من أنه كان يجب أن يكون مشفرًا للتربتوفان.

معنى الانحطاط والعالمية

هاتان الخاصيتان للشفرة الجينية لهما أهمية بيولوجية أكبر. جميع الخصائص المذكورة أعلاه مميزة للمعلومات الوراثية لجميع أشكال الكائنات الحية على كوكبنا.

إن انحلال الشفرة الوراثية له قيمة تكيفية ، مثل التكرار المتعدد لرمز حمض أميني واحد. بالإضافة إلى ذلك ، هذا يعني انخفاضًا في أهمية (انحلال) النيوكليوتيد الثالث في الكودون. يقلل هذا الخيار الضرر الناتج عن الطفرات في الحمض النووي ، مما يؤدي إلى انتهاكات جسيمة في بنية البروتين. إنها آلية دفاع للكائنات الحية على هذا الكوكب.

الشفرة الجينية هي ترميز خاص للمعلومات الوراثية بمساعدة الجزيئات ، وبناءً على ذلك ، تتحكم الجينات بشكل مناسب في تركيب البروتينات والإنزيمات في الجسم ، وبالتالي تحديد عملية التمثيل الغذائي. في المقابل ، يتم تحديد بنية البروتينات الفردية ووظائفها من خلال موقع وتكوين الأحماض الأمينية - الوحدات الهيكلية لجزيء البروتين.

في منتصف القرن الماضي ، تم تحديد الجينات التي تكون أقسامًا منفصلة (يُشار إليها اختصارًا باسم DNA). تشكل روابط النيوكليوتيدات سلسلة مزدوجة مميزة ، مجمعة في شكل حلزوني.

وجد العلماء علاقة بين الجينات والتركيب الكيميائي للبروتينات الفردية ، وجوهرها هو أن الترتيب الهيكلي للأحماض الأمينية في جزيئات البروتين يتوافق تمامًا مع ترتيب النيوكليوتيدات في الجين. بعد إنشاء هذا الاتصال ، قرر العلماء فك الشفرة الجينية ، أي إنشاء قوانين التطابق بين الترتيب البنيوي للنيوكليوتيدات في الدنا والأحماض الأمينية في البروتينات.

هناك أربعة أنواع فقط من النيوكليوتيدات:

1) أ - أدينيل ؛

2) ز - جوانيل ؛

3) تي - ثيميديل ؛

4) ج - سيتديل.

تحتوي البروتينات على عشرين نوعًا من الأحماض الأمينية الأساسية. نشأت صعوبات في فك شفرة الشفرة الجينية ، حيث يوجد عدد أقل بكثير من النيوكليوتيدات من الأحماض الأمينية. عند حل هذه المشكلة ، تم اقتراح أن الأحماض الأمينية يتم ترميزها بواسطة مجموعات مختلفة من ثلاثة نيوكليوتيدات (ما يسمى الكودون أو الثلاثي).

بالإضافة إلى ذلك ، كان من الضروري شرح كيفية تواجد التوائم الثلاثة على طول الجين بالضبط. وهكذا نشأت ثلاث مجموعات رئيسية من النظريات:

1) ثلاثة توائم يتبعون بعضهم البعض بشكل مستمر ، أي تشكيل رمز مستمر ؛

2) يتم ترتيب ثلاثة توائم بالتناوب بين أقسام "لا معنى لها" ، أي يتم تشكيل ما يسمى ب "الفواصل" و "الفقرات" في الكود ؛

3) يمكن أن يتداخل ثلاثة توائم ، أي قد تشكل نهاية الثلاثي الأول بداية التالي.

حاليًا ، تُستخدم نظرية استمرارية الكود بشكل أساسي.

الكود الجيني وخصائصه

1) الكود ثلاثي - يتكون من مجموعات عشوائية من ثلاثة نيوكليوتيدات تشكل الكودونات.

2) الشفرة الجينية زائدة عن الحاجة - ثلاثة توائم. يمكن ترميز أحد الأحماض الأمينية بعدة أكواد ، لأنه وفقًا للحسابات الرياضية ، هناك ثلاثة أضعاف الكودونات من الأحماض الأمينية. تؤدي بعض الكودونات وظائف إنهاء معينة: قد يكون بعضها "إشارات توقف" تبرمج نهاية إنتاج سلسلة الأحماض الأمينية ، بينما قد يشير البعض الآخر إلى بدء قراءة الكود.

3) الشفرة الجينية لا لبس فيها - فقط حمض أميني واحد يمكن أن يتوافق مع كل من الكودونات.

4) الشفرة الجينية تربطها علاقة خطية ، أي يتطابق تسلسل النيوكليوتيدات وتسلسل الأحماض الأمينية بوضوح مع بعضها البعض.

5) تتم كتابة الكود بشكل مستمر ومضغوط ، ولا توجد فيه نيوكليوتيدات "لا معنى لها". يبدأ بثلاثة توائم معينة ، والتي يتم استبدالها بالثالثة دون انقطاع وتنتهي بكودون إنهاء.

6) الشفرة الوراثية عالمية - تقوم جينات أي كائن حي بتشفير المعلومات حول البروتينات بنفس الطريقة تمامًا. هذا لا يعتمد على مستوى تعقيد تنظيم الكائن الحي أو وضعه النظامي.

يقترح العلم الحديث أن الشفرة الوراثية تنشأ مباشرة من ولادة كائن حي جديد من مادة العظام. تجعل التغييرات العشوائية والعمليات التطورية أي متغيرات من الكود ممكنًا ، أي يمكن إعادة ترتيب الأحماض الأمينية بأي ترتيب. لماذا استمر هذا النوع من الكود في مسار التطور ، ولماذا الكود عالمي وله بنية مماثلة؟ كلما عرف العلم أكثر عن ظاهرة الشفرة الجينية ، كلما ظهرت ألغاز جديدة.

نيوكليوتيدات DNA و RNA البيورينات: الأدينين ، الجوانين بيريميدين: السيتوزين ، الثايمين (اليوراسيل)	كودون- ثلاثية من النيوكليوتيدات تشفر حمض أميني معين.
التبويب. 1. الأحماض الأمينية الموجودة عادة في البروتينات
اسم	اختصار
1. ألانين	علاء
2. أرجينين	أرج
3. الهليون	أسن
4. حمض الأسبارتيك	آسيا والمحيط الهادئ
5. سيستين	السيستئين
6. حمض الجلوتاميك	غلو
7. الجلوتامين	جلن
8. جليكاين	gly
9. الهيستيدين	له
10. آيسولوسين	إيل
11. لوسين	ليو
12. ليسين	ليس
13. الميثيونين	التقى
14. فينيل ألانين	Phe
15. البرولين	طليعة
16. السلسلة	سر
17. ثريونين	Thr
18. التربتوفان	trp
19. تيروزين	صور
20. فالين	فال

الكود الجيني ، والذي يسمى أيضًا رمز الأحماض الأمينية ، هو نظام لتسجيل المعلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين باستخدام تسلسل بقايا النوكليوتيدات في الحمض النووي التي تحتوي على إحدى القواعد النيتروجينية الأربعة: الأدينين (أ) ، الجوانين (G) والسيتوزين (C) والثايمين (T). ومع ذلك ، نظرًا لأن حلزون الحمض النووي مزدوج الشريطة لا يشارك بشكل مباشر في تخليق البروتين الذي يتم ترميزه بواسطة أحد هذه السلاسل (أي RNA) ، تتم كتابة الكود بلغة RNA ، حيث يكون uracil (U) يتم تضمينه بدلا من الثايمين. للسبب نفسه ، من المعتاد أن نقول إن الكود عبارة عن سلسلة من النيوكليوتيدات ، وليس أزواجًا أساسية.

يتم تمثيل الشفرة الجينية بكلمات مشفرة معينة - الكودونات.

تم فك شفرات أول كلمة مشفرة بواسطة Nirenberg و Mattei في عام 1961. وحصلوا على مستخلص من E. coli يحتوي على ريبوسومات وعوامل أخرى ضرورية لتخليق البروتين. كانت النتيجة نظامًا خالٍ من الخلايا لتخليق البروتين ، والذي يمكنه تجميع بروتين من الأحماض الأمينية إذا تمت إضافة mRNA اللازم إلى الوسط. عن طريق إضافة الحمض النووي الريبي الاصطناعي ، الذي يتكون فقط من اليراسيل ، إلى الوسط ، وجدوا أن بروتينًا يتكون فقط من فينيل ألانين (بوليفينيل ألانين). لذلك وجد أن ثلاثي نيوكليوتيدات UUU (كودون) يتوافق مع فينيل ألانين. على مدى 5-6 سنوات التالية ، تم تحديد جميع الكودونات الخاصة بالشفرة الجينية.

الشفرة الجينية هي نوع من القاموس الذي يترجم نصًا مكتوبًا بأربعة نيوكليوتيدات إلى نص بروتيني مكتوب بـ 20 حمض أميني. ما تبقى من الأحماض الأمينية الموجودة في البروتين عبارة عن تعديلات لواحد من الأحماض الأمينية العشرين.

خصائص الكود الجيني

الشفرة الجينية لها الخصائص التالية.

1. الثلاثيةكل حمض أميني يتوافق مع ثلاثية من النيوكليوتيدات. من السهل حساب أن هناك 4 3 = 64 كودون. من بين هؤلاء ، 61 من الدلالات و 3 لا معنى لها (إنهاء ، إيقاف الكودونات).
2. استمرارية(لا توجد أحرف فاصلة بين النيوكليوتيدات) - غياب علامات الترقيم داخل الجين ؛

   داخل الجين ، كل نوكليوتيد هو جزء من كودون مهم. في عام 1961 أثبت سيمور بينزر وفرانسيس كريك تجريبياً الرمز الثلاثي واستمراريته (الاكتناز) [تبين]

   

   جوهر التجربة: الطفرة "+" - إدخال نوكليوتيد واحد. "-" الطفرة - فقدان أحد النوكليوتيدات.

   طفرة واحدة ("+" أو "-") في بداية الجين أو طفرة مزدوجة ("+" أو "-") تفسد الجين بأكمله.

   الطفرة الثلاثية ("+" أو "-") في بداية الجين تفسد جزءًا فقط من الجين.

   الطفرة الرباعية "+" أو "-" تفسد الجين بأكمله مرة أخرى.

   أجريت التجربة على جينين متجاورين من الملتهمة وأظهرت ذلك

   1. الشفرة ثلاثية ولا توجد علامات ترقيم داخل الجين
   2. هناك علامات ترقيم بين الجينات
3. وجود علامات الترقيم بين الجينات- التواجد بين ثلاثة توائم من الكودونات الأولية (تبدأ في التخليق الحيوي للبروتين) ، الكودونات - المنتهية (تشير إلى نهاية التخليق الحيوي للبروتين) ؛

   بشكل تقليدي ، ينتمي كودون AUG أيضًا إلى علامات الترقيم - الأولى بعد تسلسل البادئة. ينفذ وظيفة الحرف الكبير. في هذا الموقف ، يتم ترميز الفورميل ميثيونين (في بدائيات النوى).

   في نهاية كل جين يقوم بتشفير بولي ببتيد ، يوجد واحد على الأقل من 3 أكواد إنهاء ، أو إشارات توقف: UAA ، UAG ، UGA. قاموا بإنهاء البث.

4. علاقة خطية متداخلة- تطابق التسلسل الخطي لكودونات mRNA والأحماض الأمينية في البروتين.
5. النوعية- كل حمض أميني يتوافق فقط مع بعض الكودونات التي لا يمكن استخدامها لحمض أميني آخر.
6. أحادي الاتجاه- تتم قراءة الكودونات في اتجاه واحد - من النوكليوتيدات الأولى إلى التي تليها
7. الانحطاط ، أو التكرار، - يمكن ترميز حمض أميني واحد بعدة توائم (أحماض أمينية - 20 ، ثلاثة توائم محتملة - 64 ، 61 منها دلالي ، أي في المتوسط ​​، كل حمض أميني يتوافق مع حوالي 3 كودونات) ؛ الاستثناء هو الميثيونين (ميت) والتربتوفان (TRP).

   سبب انحطاط الكود هو أن الحمل الدلالي الرئيسي يحمله النوكليوتيدات الأولين في المجموعة الثلاثية ، والثالث ليس مهمًا جدًا. من هنا قاعدة انحطاط الكود : إذا كان لدى اثنين من الكودونات اثنين من النيوكليوتيدات الأولى المتطابقة ، والنيوكليوتيدات الثالثة تنتمي إلى نفس الفئة (البيورين أو البيريميدين) ، فإنها ترمز لنفس الحمض الأميني.

   ومع ذلك ، هناك استثناءان لهذه القاعدة المثالية. هذه هي كودون AUA ، والتي يجب أن لا تتوافق مع isoleucine ، ولكن مع methionine ، وكودون UGA ، وهو المنهي ، بينما يجب أن يتوافق مع التربتوفان. من الواضح أن انحطاط الكود له قيمة تكيفية.

8. براعه- جميع خصائص الشفرة الوراثية المذكورة أعلاه هي خصائص لجميع الكائنات الحية.

   كودون	الكود العالمي	رموز الميتوكوندريا
   		الفقاريات	اللافقاريات	خميرة	النباتات
   UGA	قف	trp	trp	trp	قف
   AUA	إيل	التقى	التقى	التقى	إيل
   CUA	ليو	ليو	ليو	Thr	ليو
   AGA	أرج	قف	سر	أرج	أرج
   AGG	أرج	قف	سر	أرج	أرج

   في الآونة الأخيرة ، اهتز مبدأ عالمية الكود فيما يتعلق باكتشاف Berell في عام 1979 للكود المثالي للميتوكوندريا البشرية ، حيث يتم الوفاء بقاعدة انحطاط الكود. في رمز الميتوكوندريا ، يتوافق كودون UGA مع التربتوفان و AUA إلى الميثيونين ، كما هو مطلوب في قاعدة انحطاط الكود.

   ربما ، في بداية التطور ، كان لجميع الكائنات الحية الأبسط نفس رمز الميتوكوندريا ، ثم خضعت لانحرافات طفيفة.

9. غير التداخل- كل من الثلاثيات للنص الجيني مستقل عن بعضها البعض ، ونيوكليوتيد واحد هو جزء من ثلاثة توائم واحد فقط ؛ على التين. يوضح الفرق بين الكود المتداخل وغير المتداخل.

   في عام 1976 تم تسلسل φX174 DNA phage. يحتوي على DNA دائري واحد مجدول مكون من 5375 نيوكليوتيد. كان من المعروف أن العاثية تقوم بتشفير 9 بروتينات. بالنسبة لستة منهم ، تم تحديد الجينات الموجودة واحدة تلو الأخرى.

   اتضح أن هناك تداخل. الجين E موجود بالكامل داخل الجين D. يظهر كودون بدايته كنتيجة لتحول نيوكليوتيد واحد في القراءة. يبدأ الجين J حيث ينتهي الجين D. يتداخل كودون البداية للجين J مع كودون الإيقاف للجين D عن طريق إزاحة ثنائية النيوكليوتيد. يسمى التصميم "تغيير إطار القراءة" بعدد من النيوكليوتيدات التي ليست من مضاعفات الثلاثة. حتى الآن ، تم عرض التداخل فقط لعدد قليل من العاثيات.

10. مناعة ضد الضوضاء- نسبة عدد البدائل المحافظة إلى عدد البدائل الجذرية.

    تسمى طفرات بدائل النوكليوتيدات التي لا تؤدي إلى تغيير فئة الحمض الأميني المشفر بالمحافظة. تسمى طفرات بدائل النوكليوتيدات التي تؤدي إلى تغيير فئة الحمض الأميني المشفر جذريًا.

    نظرًا لأن نفس الحمض الأميني يمكن ترميزه بواسطة ثلاثة توائم مختلفة ، فإن بعض البدائل في ثلاثة توائم لا تؤدي إلى تغيير في الحمض الأميني المشفر (على سبيل المثال ، UUU -> UUC يترك فينيل ألانين). بعض البدائل تغير حمض أميني إلى آخر من نفس الفئة (غير قطبي ، قطبي ، قاعدي ، حمضي) ، والبدائل الأخرى تغير أيضًا فئة الحمض الأميني.

    في كل ثلاثة توائم ، يمكن إجراء 9 استبدالات فردية ، أي يمكنك اختيار أي من المواضع تريد تغييرها - بثلاث طرق (الأولى أو الثانية أو الثالثة) ، ويمكن تغيير الحرف المحدد (نوكليوتيد) إلى 4-1 = 3 أحرف أخرى (نيوكليوتيدات). العدد الإجمالي لاستبدالات النوكليوتيدات الممكنة هو 61 في 9 = 549.

    من خلال العد المباشر على جدول الكود الجيني ، يمكن للمرء التحقق من أن من هذه: 23 استبدالًا للنيوكليوتيدات تؤدي إلى ظهور الكودونات - عوامل إنهاء الترجمة. 134 من البدائل لا تغير الحمض الأميني المشفر. 230 بدائل لا تغير صنف الحمض الأميني المشفر. 162 من البدائل تؤدي إلى تغيير في فئة الأحماض الأمينية ، أي جذرية. من بين الاستبدالات الـ 183 للنيوكليوتيدات الثالثة ، أدت 7 إلى ظهور عوامل إنهاء الترجمة ، و 176 بديلًا محافظًا. من أصل 183 استبدالًا للنيوكليوتيدات الأول ، 9 تؤدي إلى ظهور مواد إنهاء ، و 114 بديلًا محافظًا و 60 بديلًا جذريًا. من بين الاستبدالات الـ 183 للنيوكليوتيدات الثانية ، أدت 7 إلى ظهور مواد إنهاء ، و 74 بديلًا محافظًا ، و 102 منها جذريًا.