Кодон - это триплет нуклеотидов, определяющий аминокислоту: как он используется и для чего нужен

Код из трех букв, определяющий судьбу каждого живого организма? Звучит загадочно. Но это реальность, которую раскрывает понятие "кодон" - триплет нуклеотидов в мРНК, кодирующий аминокислоты для синтеза белка. Давайте разберемся в увлекательном механизме передачи генетической информации с помощью кодонов.

Строение и функции кодонов

Кодон представляет собой последовательность из трех нуклеотидов в молекуле информационной РНК (мРНК). Эта triplet нуклеотидов является единицей генетического кода, которая кодирует включение определенной аминокислоты в растущую полипептидную цепь.

Последовательность кодонов в гене задает последовательность аминокислот в белке. Так кодон выполняет функцию передачи наследственной генетической информации от ДНК к белку. Это происходит в два этапа:

1. Транскрипция: кодон в ДНК копируется в комплементарный кодон в мРНК
2. Трансляция: кодон в мРНК определяет, какая аминокислота будет включена в полипептидную цепь

Кодон — триплет нуклеотидов в мРНК, служащий дискретной единицей генетического кода, кодирующий включение одной аминокислоты.

Существуют три основных типа кодонов:

• Старт-кодон - инициирует трансляцию, обозначая начало чтения рамки считывания мРНК. У эукариот это обычно AUG.
• Кодоны аминокислот - определяют, какая из 20 аминокислот будет включена в полипептидную цепь. Например, UUU кодирует фенилаланин.
• Стоп-кодоны - обозначают конец трансляции, прекращая синтез белка. Это UAA, UGA и UAG.

В процессе трансляции кодоны мРНК спариваются с комплементарными антикодонами транспортной РНК. Каждый антикодон тРНК несет "свою" аминокислоту. И когда происходит спаривание кодона мРНК с антикодоном тРНК, эта аминокислота включается в растущую полипептидную цепь.

Отметим несколько важных свойств генетического кода, к которому относятся кодоны:

• Вырожденность - одну и ту же аминокислоту может кодировать более одного кодона
• Универсальность - генетический код один для всех организмов
• Избыточность - 61 кодон кодирует только 20 аминокислот

Таким образом, последовательность кодонов в гене определяет первичную структуру синтезируемого белка. А благодаря свойствам генетического кода этот механизм работает с высокой надежностью.

Расшифровка и особенности генетического кода

Последовательность расшифровки генетического кода, выполненная учеными, представляет собой увлекательную историю.

В 1961 году Маршалл Ниренберг и Генрих Маттеи экспериментально установили, что кодон UUU кодирует аминокислоту фенилаланин. Это стало первым расшифрованным кодоном.

К 1966 году благодаря работам Ниренберга, Кораны, Холли и их коллег были расшифрованы все 64 кодона и соответствующие им 20 аминокислот. Получена таблица генетического кода.

Оказалось, что генетический код обладает свойством вырожденности - многие аминокислоты кодируются более чем одним кодоном.

Варианты генетического кода

Хотя генетический код является универсальным, у некоторых организмов обнаружены его вариации.

Например, у низших эукариот кодоны UAG и UAA могут кодировать аминокислоту глицин вместо стоп-сигнала. А у дрожжей некоторые кодоны лейцина переводятся как треонин.

Такие особенности генетического кода у разных организмов свидетельствуют о возможности его эволюции.

Ошибки в расшифровке кодонов

Процесс расшифровки генетического кода не обошелся без ошибок. К примеру, один из кодонов серина СНУ первоначально был неверно идентифицирован как кодирующий аминокислоту пролин.

Подобные ошибки исправлялись в ходе дальнейших экспериментальных работ ученых. Это показывает, что процесс познания даже фундаментальных механизмов жизни не всегда прост.

Практическое применение знаний о кодонах

Понимание роли кодонов в биосинтезе белка имеет важное практическое значение.

Во-первых, это позволяет целенаправленно вносить мутации в кодоны генов, чтобы получать белки с нужными свойствами. Это основа генной инженерии.

Во-вторых, знание особенностей расшифровки кодонов в клетках патогенных микроорганизмов открывает пути для разработки новых антибиотиков.

Перспективы изучения работы кодонов

Несмотря на многолетнее изучение, роль кодонов в регуляции активности генов до конца не ясна. Предстоит выяснить детали тонких механизмов влияния кодонов на скорость трансляции белков.

Также актуально исследование вопроса о возможности эволюционных изменений генетического кода в будущем. Мутации в кодонах могут привести к появлению новых аминокислот.

Изучение влияния мутаций в кодонах на развитие наследственных заболеваний - еще одно перспективное направление в этой области.