100 великих научных открытий. Коллектив авторов
Читать онлайн книгу.
теории Большого взрыва, физик Георгий Гамов – сотрудник Университета Джорджа Вашингтона. Основываясь на модели двухцепочечной спирали ДНК Уотсона и Крика, он предположил, что ген – это определенный участок ДНК, то есть некая последовательность звеньев-нуклеотидов.
В каждой такой последовательности заключена наследственная информация. Наименьшей ее единицей после нуклеотида являются три соседствующих нуклеотида – триплет. Расположенные один за другим триплеты и составляют ген. Поскольку каждый нуклеотид – это одно из четырех азотистых оснований (аденин – А, гуанин – Г, цитозин – Ц, тимин – Т), нужно было выяснить, как четыре элемента могут кодировать 20 аминокислот. В этом и состояла идея генетического кода.
К началу 1960-х ученые установили, что белки синтезируются из аминокислот в рибосомах – своего рода «фабриках» внутри клетки. Приступая к синтезу белка, фермент приближается к матрице ДНК, распознает информацию, закодированную чередованием нуклеотидов на определенном участке цепи, и синтезирует копию гена в виде маленькой одноцепочечной РНК (ее называют матричной, или мРНК от англ. messenger – переносчик, посланник). Это процесс транскрипции. На следующем этапе мРНК переносит информацию из ядра в цитоплазму, к рибосоме – важнейшей органелле клетки, где синтезируется белок. Внутри рибосомы к кодонам мРНК по принципу комплементарности присоединяются антикодоны транспортной РНК. Рибосома соединяет между собой аминокислоты, принесенные тРНК, пептидной связью – сцепляя α-аминогруппу (-NH2) одной аминокислоты и α-карбоксильную группу (-СООН) другой. Получается белок. Это – трансляция. Первичная структура определяет не только способ формирования молекулы белка, но и ее ферментативную, структурную либо регуляторную функцию.
То, что одной аминокислоте соответствуют три нуклеотида, Фрэнсис Крик выяснил в ходе экспериментов с вирусом фаг Т4. Триплет – единица кода – получила название «кодон». Оставалось понять, как действует шифр.
Сделать это удалось ученым М. Ниренбергу и Г. Маттеи, которые искусственно получили (синтезировали) РНК, состоящую из многократно повторяющегося урацила (поли-У), и использовали ее в качестве мРНК. В каждой из 20 пробирок ученые соединили бесклеточный экстракт Е. coli, содержавший все необходимые компоненты для синтеза белка (рибосомы, тРНК, АТФ и прочие ферменты), поли-У и одну из известных аминокислот. Анализ содержимого пробирок показал, что полипептид образовался только в том сосуде, который содержал аминокислоту фенилаланин.
Так было доказано, что кодон УУУ, входящий в мРНК, шифрует аминокислоту фенилаланин. Аналогичные опыты показали, что триплет ЦЦЦ кодирует аминокислоту пролин, а триплет ААА – лизин. Это открытие стало первым шагом к расшифровке генетического кода.
На основании же дальнейших исследований сформировались его основные свойства:
1. Генетический код триплетен: каждый из 64 кодонов представляет собой три нуклеотида и кодирует, то есть шифрует, только одну аминокислоту.
2.