белковый код находится в молекулах
Таинственный код нашего генома
Расшифровка генетического код стала важным научным событием двадцатого века. Сейчас перед учеными появляются новые загадки о функционировании нашего генома.
Автор
Редакторы
Последовательность ДНК определяет строение белка с помощью триплетного генетического кода, в котором каждой аминокислоте соответствует три нуклеотида. Случайные мутации приводят к изменению последовательности нуклеотидов, в результате чего появляются новые варианты белков. Именно так до недавнего времени представляли себе ученые эволюцию белков. Но благодаря исследованиям последних лет оказалось, что помимо генетического кода есть и другие «коды», которые диктуют эволюции белков свои правила.
Одним из важных свойств генетического кода является его избыточность — каждая аминокислота, как правило, кодируется не одним, а 2–6 кодонами. Интересно, что при этом частота использования разных кодонов, отвечающих за одну и ту же аминокислоту, различается как в прокариотических, так и в эукариотических геномах [1]. У организмов с коротким жизненным циклом предпочтения одних кодонов другим связывают с необходимостью в увеличении эффективности транскрипции и стабильности мРНК [2], [3]. Однако в случае геномов млекопитающих такое объяснение подходит лишь для небольшого количества случаев, поэтому в последние годы ученые активно занимаются изучением особенностей геномов млекопитающих и причин предпочтительного использования тех или иных кодонов.
Важное значение в частоте использования кодонов играют транскрипционные факторы — к такому выводу пришла группа ученых из Университета Вашингтона под руководством Джона Стаматояннопоулоса (John A. Stamatoyannopoulos). В опубликованной в журнале Science статье обсуждается, как транскрипционные факторы могут управлять эволюцией белков посредством влияния на частоту использования кодонов [4].
Транскрипционные факторы (ТФ) — это белки, регулирующие транскрипцию генов при связывании с ДНК. ТФ могут повышать транскрипцию или снижать ее, влияя, таким образом, на количество мРНК и белка, соответствующих определенному гену. Долгое время считалось, что ТФ связываются только в некодирующей (не содержащей генов) части ДНК. В своем новом исследовании группа Стаматояннопоулоса выяснила, что на самом деле во многих генах человека ТФ связываются с кодирующими последовательностями ДНК (т.е. с теми, которые являются частью генов). Так как эффективность связывания ТФ с ДНК зависит от того, какие именно нуклеотиды находятся в сайте связывания, ТФ могут снижать возможное разнообразие кодонов в местах своей посадки (рис. 1). При этом даже нейтральные с точки зрения белка мутации (те, при которых последовательность аминокислот не меняется благодаря избыточности генетического кода) могут изменять эффективность связывания ТФ с ДНК и становиться материалом для естественного отбора. Получается, что эволюция белков определяется не только хорошо изученным генетическим кодом, но и другим особенным кодом — «кодом связывания ТФ». Ранее были описаны и некоторые другие «регуляторные» коды, которые контролируют организацию хроматина [5], пространственную структуру и сплайсинг мРНК [5], [6], эффективность трансляции [7], ко-трансляционный фолдинг белков [8] (рис. 2). Все они могут влиять на предпочтительное использование тех или иных кодонов.
Рисунок 1. Неслучайная частота использования кодов в дуонах в местах связывания ТФ с ДНК. На гистограмме видно, что частота использования некоторых кодонов на 5–15% выше в дуонах, чем вне дуонов. В случае аргинина кодон AGA, напротив, гораздо реже встречается в дуонах, чем в других участках генома. В левой части рисунка — распределение частоты использования разных кодонов на примере кодонов для аспарагина и лейцина.
Насколько в геноме распространено применение дополнительных «регуляторных» кодов, которые перекрывают генетический код, и какое влияние они оказывают на эволюцию белков? Сотрудники лаборатории Стаматояннопоулоса попытались ответить на этот вопрос при исследовании «кода связывания ТФ». Чтобы выявить участки ДНК, связывающиеся с ТФ, они применили метод картирования с помощью дезоксирибонуклеазы I. Этот фермент разрушает одноцепочечные участки ДНК — если только они в этот момент не связаны с ТФ (в таком случае они сохранятся). Ученые исследовали 81 тип человеческих клеток, определив точные нуклеотидные последовательности связанных с ТФ участков генов. Оказалось, что приблизительно 14% кодонов в 86,9% генов человека связаны с различными транскрипционными факторами. В своей статье исследователи предлагают называть эти участки генов «дуонами», т.к. они кодируют два типа информации — информацию о белковой последовательности в виде генетического кода и информацию об экспрессии гена с помощью связывания ТФ. Для нормальной экспрессии гена необходимо связывание ДНК с ТФ, поэтому существуют определенные ограничения на использование различных кодонов, обусловленные строением ДНК-связывающего участка ТФ.
В геноме человека широко распространены однонуклеотидные полиморфизмы (single nucleotide polymorphisms, SNP) — различия последовательности гомологичных генов разных людей на один нуклеотид. Могут ли такие однонуклеотидные различия повлиять на эффективность связывания ТФ с ДНК? Чтобы узнать это, ученые из лаборатории Стаматояннопоулоса нашли на полученной ими карте дуонов почти 600 тыс. известных сайтов SNP, связанных с развитием какого-либо заболевания или проявлением определенного фенотипического признака. Оказалось, что 17,4% сайтов полиморфизма изменяют результаты картирования с помощью дезоксирибонуклеазы I, т.е. они, вероятно, снижают эффективность связывания ТФ с ДНК. Это изменение не зависит от того, является ли данный полиморфизм синонимичным или несинонимичным (т.е. влияет ли замена нуклеотида на замену аминокислоты в белке). Интересно, что значительная часть несинонимичных замен, хотя и приводит к изменению последовательности белка, не приводит к нарушению его функций. В этих случаях изменения нуклеотидной последовательности приводят только к нарушению связывания ТФ с ДНК. Эта находка поддерживает гипотезу о том, что SNP в кодирующей ДНК могут приводить к развитию заболеваний без влияния на функцию белка [9], [10]. Поэтому при изучении роли SNP в различных заболеваниях и при исследовании экзома необходимо учитывать весь спектр «регуляторных кодов», взаимодействующих с последовательностью гена.
«Регуляторные коды» далеко не всегда мирно и гармонично сосуществуют. В генах плодовой мушки Drosophila melanogaster ближе к концу экзонов наблюдается резкое снижение частоты использования оптимальных для трансляции кодонов и повышение частоты использования кодонов, которые облегчают сплайсинг мРНК [11]. Это показывает, что в ходе эволюции потребность в точном сплайсинге была выше, чем потребность в более эффективной трансляции. Также при исследовании дуонов и других ТФ-связывающих участков ДНК оказалось, что среди этих последовательностей нет стоп-кодонов.
Рисунок 2. «Тайные коды» нашего генома, которые определяют частоту использования кодонов и выбор аминокислот в эволюции белков, независимо от выполнения белком его функций
Что же может обеспечить взаимовыгодное соседство «регуляторных» и генетического кодов? Одним из ключевых ограничений для белок-кодирующих генов является то, что последовательность гена должна обеспечивать нормальный фолдинг кодируемого белка. Мутации, нарушающие правильную укладку, с большой вероятностью будут отсеяны как вредные. Можно предположить, что когда необходимость правильного фолдинга отсутствует (например, в неструктурированных белках [12]), белок-кодирующая последовательность может содержать большее количество регуляторных элементов для различных «регуляторных кодов». Действительно ли это так, помогут узнать дальнейшие исследования.
Несмотря на то, что в работе Стаматояннопоулоса и его коллег было сделано много интересных наблюдений о функционировании «кода связывания ТФ», некоторые вопросы остаются открытыми. Например, авторы статьи отмечают, что ТФ гораздо реже связываются с генами с высокой экспрессией, но не ясно, как ТФ при связывании с белок-кодирующими участками ДНК могут воздействовать на транскрипцию этих генов. Возможно, что связывание ТФ в данном случае вызывает активацию альтернативного промотора или соседнего гена, снижая таким образом экспрессию гена с ТФ-связывающей последовательностью. С другой стороны, этот эффект может быть связан с перестройкой хроматина, которая приводит к снижению экспрессии ряда генов.
Новые исследования помогут ученым лучше понять, как различные «регуляторные коды» взаимодействуют друг с другом и с генетическим кодом. Интересно узнать, всегда ли природа могла найти оптимальное решение при сочетании разных кодов, или иногда возникали противоречия, приводящие к неоптимальным или вредным последствиям. Например, может оказаться, что белок-кодирующие последовательности ДНК, которым «трудно справиться» с обилием и разнообразием регуляторных элементов, активно используются патогенами при инфицировании хозяина. Обнаружение перекрывающихся «регуляторных кодов» в нашем геноме открывает новые перспективы для интерпретации различий и особенностей в последовательностях ДНК и указывает на то, что исследование генетического кода еще не подошло к концу.
Перевод редакционной колонки журнала Science [13].
Биосинтез белка и генетический код: транскрипция и трансляция белка
Биосинтез белка и генетический код
Биосинтез белка — это ферментативный процесс синтеза белков в клетке, в котором принимают участие три структурных элемента клетки: ядро, цитоплазма и рибосомы.
Молекулы ДНК в ядре клетки сохраняют информацию обо всех белках, синтезирующихся в этой клетке. Эта информация находится в зашифрованном виде — шифруется 4-буквенным кодом.
Генетический код представляет собой последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, определяющей последовательность аминокислот в молекуле белка.
Генетический код обладает следующими свойствами:
К примеру, такая кислота как цистеин кодируется при помощи триплета А-Ц-А. В отношении валина — это Ц-А-А.
Если взять аминокислоту тирозин, то она кодируется при помощи двух триплетов.
УАГ, УАА, УГА — три несодержательных кодона, не кодирующие аминокислоты. Предполагается, что они выступают в качестве стоп-сигналов, благодаря которым происходит разделение генов в молекуле ДНК.
Ген — участок молекулы ДНК, для которого свойственна определенная последовательность нуклеотидов. Ген определяет синтез одной полипептидной цепи.
Этапы биосинтеза белка: транскрипция и трансляция
Транскрипция белка
Этапы биосинтеза белка основаны на двух процессах: транскрипции и трансляции.
Самый популярный вопрос в рамках этой темы — где происходит синтез белка. И только потом разбираются с этапами синтеза белка (и схемой биосинтеза белка).
Любая белковая молекула имеет структуру, закодированную в ДНК. В ее синтезе эта ДНК не принимает непосредственного участия. Роль белковой молекулы — роль матрицы для синтеза РНК.
Далее охарактеризуем функции различных видов РНК в биосинтезе белка.
Где и как происходит биосинтез белка? Синтез белка происходит в, а точнее, синтез белка происходит на рибосомах — в основном они размещаются в цитоплазме. Поэтому, чтобы генетическая информация из ДНК передалась к месту, где белок синтезируется, необходим посредник.
Роль такого посредника играет иРНК.
Первый этап биосинтеза белка — транскрипция.
Транскрипция (переписывание) — процесс синтеза молекулы иРНК на одной цепи молекулы ДНК, в основе которого лежит принцип комплементарности.
Биосинтез белка происходит в рибосомах — с этим мы разобрались.
Где происходит транскрипция? Этот процесс осуществляется в ядре клетки.
Транскрипция происходит в одно и то же время не на всей молекуле ДНК — для этого достаточно одного небольшого участка, отвечающего за определенный ген. Часть двойной спирали ДНК раскручивается, и короткий участок одной из цепей оголяется. Роль матрицы в синтезе молекул иРНК выполняет этот же участок.
Далее в дело вступает фермент РНК-полимераза, который движется вдоль этой цепи. Он соединяет нуклеотиды в цепь иРНК, тем самым удлиняя ее.
Процесс транскрипции осуществляется одновременно на нескольких генах одной хромосомы и на генах разных хромосом.
иРНК, образованная в результате, имеет последовательность нуклеотидов — точную копию последовательности нуклеотидов на матрице.
Если молекула ДНК содержит азотистое основание цитозин, то иРНК — гуанин и наоборот. Комплементарная пара ДНК — аденин-тимин, РНК — аденин-урацил.
тРНК и рРНК (другие типы РНК) синтезируются на специальных генах.
Специальные триплеты строго фиксируют начало и конец синтеза всех типов РНК на матрице ДНК. Они же осуществляют контроль запуска и остановку синтеза (инициирующие и терминальные). Между генами они играют роль «разделительных знаков».
Аминокислоты соединяются с тРНК в цитоплазме. По своей форме молекула тРНК — лист клевера. Вверху этого листа находится антикодон: триплет нуклеотидов, отвечающий за кодировку аминокислоты (ее эта тРНК и переносит).
Количество тРНК определяется количеством аминокислот.
Так как много аминокислот кодируется при помощи нескольких триплетов, то количество тРНК превышает 20. Сегодня известно примерно 60 тРНК.
Ферменты — связующее звено между аминокислотами и тРНК. С помощью молекул тРНК осуществляется транспортировка аминокислот к рибосомам.
Кратко о трансляции в биологии
Что такое трансляция в биологии и как связан с трансляцией биосинтез белка?
В биологии трансляция — это процесс реализации информации о структуре белка, представленной в иРНК последовательностью нуклеотидов, как последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка.
Как и где происходит биосинтез белка в рамках трансляции и какова схема синтеза белка?
Первый этап трансляции белка — присоединение иРНК к рибосоме. Далее трансляция в биологии — это нанизывание первой рибосомы, синтезирующей белок, на иРНК. Далее трансляция синтеза белка основывается на нанизывании новой рибосомы — по мере того, как предыдущая рибосома продвигается на конец иРНК, который освобождается.
Одна иРНК может одновременно вмещать свыше 80 рибосом, синтезирующих один и тот же белок.
Полирибосома или полисома — группа рибосом, соединенных с одной иРНК,
Информация, записанная на иРНК (а не рибосома), определяет вид синтезируемого белка. Разные белки могут синтезироваться одной и той же рибосомой. Рибосома отделяется от иРНК после того, как синтез белка завершается. Заключительный этап трансляции — это синтез белка или его поступление в эндоплазматическую сеть.
Рибосома включает две субъединицы: малую и большую. Присоединение молекулы иРНК происходит к малой субъединице. Место, в котором рибосома и иРНК контактируют, содержит 6 нуклеотидов (2 триплета). Из цитоплазмы к одному из триплетов постоянно подходят тРНК с различными аминокислотами. Своим антикодоном они касаются кодона иРНК. В случае комплементарности кодона и антикодона, возникает пептидная связь: она образуется между аминокислотой уже синтезированной части белка и аминокислотой, доставляемой тРНК.
Фермент синтетазы участвует в соединении аминокислот в молекулу белка. После отдачи аминокислоты молекула тРНК переходит в цитоплазму, в результате чего рибосома перемещается на один триплет нуклеотидов. Таким образом, происходит последовательный синтез полипептидной цепи. Этот процесс длится до момента достижения рибосомой одного из трех терминирующих кодонов: УАА, УАГ или УГА. Как только это происходит, синтез белка останавливается.
Последовательность того, как аминокислоты включаются в цепь белка, определяется последовательностью кодонов иРНК. В каналы эндоплазматического ретикулюма поступают синтезированные белки. Синтез одной молекулы белка в клетке происходит в течение 1-2 минут.
Схема синтеза белка выглядит следующим образом:
Из схемы биосинтеза белка выше вы можете понять, на чем осуществляется синтез белков, как происходит биосинтез белка, и что кроется за трансляцией и транскрипцией.
Также предлагаем изучить таблицу биосинтеза белка. Здесь описано, как осуществляется синтез белков в клетке, описываются кратко транскрипция и трансляция (этапы синтеза белка).
Таблица биосинтеза белка:
Из таблицы становится ясно, как проходит синтез белка, какие основные этапы синтеза белка, какова роль транскрипции в биосинтезе белка, где происходит синтез белков (место), а также кратко описаны стадии биосинтеза белка.
Таким образом мы охарактеризовали функции различных видов РНК в биосинтезе белков. На примере трансляции и транскрипции мы рассмотрели основные этапы биосинтеза белка.
Это информация о синтезе (биосинтезе) белка кратко.
Белковый код расшифрован
Несколько десятилетий назад, когда началось бурное развитие физики, ученые жили в напряженном ожидании. Одно открытие следовало за другим. О результатах последних экспериментов сообщали в другие лаборатории и институты по телефону еще до их публикации. С конференций и симпозиумов многие участники уезжали до их окончания чтобы проверить у себя в лабораториях доложенные эксперименты. Нечто подобное происходит сейчас в биологии. События следуют одно за другим с возрастающей быстротой. В результате сделано открытие, которое, можно думать, будет иметь для дальнейших судеб человечества, пожалуй, не меньшее значение, чем открытие атомной энергии.
Судите сами. На Пятом Международном биохимическом конгрессе американский ученый Ниренберг сделал десятиминутное сообщение. Однако оно оказалось, как говорили участники, самым интересным из двух с половиной тысяч докладов, зачитанных на конгрессе. Эта работа открыла принципиальные возможности разгадки кода, обусловливающего синтез белков разного строения. Что это значит?
СБОРОЧНЫЙ КОНВЕЙЕР В КЛЕТКЕ
В организме, в ткани, в клетке непрерывно образуется огромное количество самых разнообразных белков. Как будто в клетке работает автоматический сборочный конвейер, на котором по особой «программе» из заранее заготовленных «кирпичей» — молекул аминокислот — складываются белковые молекулы.
Уже довольно давно было установлено, что этой работой заняты молекулы нуклеиновых кислот — веществ, непременно содержащихся в живых клетках. В зависимости от того, какие группы атомов расположены на данном участке молекулы нуклеиновой кислоты, на него может лечь только одна определенная составная часть будущего белка.
Итак, нуклеиновая кислота по какой-то программе обвешивает себя разнообразными аминокислотами, собирает из них длинную молекулу белка. Но что это за программа? Как, каким образом молекула нуклеиновой кислоты хранит сведения о последовательности процесса сборки и информацию о том, какой именно белок она должна строить?
В наших программных станках информация зашифрована проколами на перфокартах, либо сигналами на магнитофонной ленте. В молекуле нуклеиновой кислоты никаких проколов и лент конечно нет. Программа сборки белковых молекул зашифрована в самом строении нуклеиновых кислот и «записана» каким-то условным кодом их химических свойств.
Забегая вперед, заметим, что молекула нуклеиновой кислоты — это цепочка, которая состоит из набора четырех повторяющихся простых веществ. Назовем их сокращенно А, У, Ц, Г. Оказывается, эти четыре детали и управляют последовательностью «сборки» белков. Сотни молекул аминокислот двадцати различных сортов соединяются воедино по программе, записанной в чередовании всего четырех атомных групп нуклеиновой кислоты. Меняется состав белков и нуклеиновых кислот, но соотношение 4 и 20 остается всегда неизменным.
В каждом семячке будущего растения, в каждой клетке — родоначальнице будущего животного — хранится информация о плане синтеза белка, а значит, и построении всего организма. И закодирована она всего четырьмя деталями нуклеиновой молекулы. Удивительно, не правда ли?
Но в чем заключается этот код «строительных команд», этот химический «язык», составленный из четырех «букв»? Сейчас найдены «слова», повинуясь которым каждая из аминокислот становится на свое место в будущей молекуле белка.
Нью-йоркская группа биохимиков, возглавляемая лауреатом Нобелевской премии Очоа, сообщила, что ими найден этот код для одиннадцати аминокислот. В декабре же группа Крика, работающая в Англии, в Кембридже, привела новые данные, подтверждающие прежние предположения о структуре кода. И, наконец, поступило сообщение о том, что код расшифрован для всех двадцати, аминокислот, входящих в состав белка. Это большая победа современной науки. Разберем же подробнее, что произошло в биохимии с этого момента.
Прежде всего — чуть глубже о нуклеиновых кислотах. До сих пор мы говорили о нуклеиновой кислоте вообще. На самом же деле известны четыре вида нуклеиновых кислот и между ними существует «разделение труда». Одна из них — «хранитель»— держит в себе кодовую «запись» программы синтеза белка, так же как граммофонная пластинка хранит записанную на ней музыку. Другая занимается тем, что «снимает» эту информацию с нуклеиновой кислоты-хранителя и приносит ее к месту синтеза белка. Это — информационная нуклеиновая кислота.
На месте белкового синтеза ее ждут рибосомы — мельчайшие частички, включающие в себя молекулы третьей нуклеиновой кислоты. Они представляют «удобное» место для того, чтобы информационная нуклеиновая кислота могла на них «расположиться». И, наконец, есть еще четвертая нуклеиновая кислота — перевозчик. Будто грузовик, она подвозит на «строительную площадку» аминокислоты — «блоки» для синтеза белка. Однако этот «грузовик» устроен хитро: на него может погрузиться только одна определенная аминокислота и никакая другая.
Напомним далее, что нуклеиновая кислота состоит из четырех веществ: У, А, Ц, Г. В длинной ее молекуле они могут располагаться друг за другом в любой, но, конечно, определенной последовательности. Эта последовательность, как уже было сказано, и есть «язык природы» — способ, которым «записана» информация, управляющая синтезом белка.
Итак, как же эта информация снимается? Представьте себе, что две молекулы нуклеиновой кислоты — «хранитель» и «переносчик информации» — легли рядышком. Могут они связаться воедино, как два рельса соединяются шпалами? Могут. Но только при условии, если взаимное размещение их групп А, У, Ц и Г будет вполне определенным.
Дело тут в том, что атомная группа У может соединиться только с А, а Г с Ц. Все равно как две цепочки, одна состоит из колец разных размеров, а другая — из крючков. Эти цепочки, удастся соединить, только когда крючки одной проденутся в кольца другой. В нуклеиновых кислотах «кольцо» У соответствует только «крючку» А, а «кольцо» Г — «крючку» Ц. Поэтому две нуклеиновые кислоты могут сцепиться лишь в том случае, если расположение «колец» У и Г будет точно соответствовать расположению крючков А и Ц хотя бы на каком-то отдельном участке противоположной цепи.
Нуклеиновая кислота-хранитель синтезирует на себе нуклеиновую кислоту-переносчика информации таким образом, что к крючку А подходит кольцо У, к крючку Ц — кольцо Г. Так вдоль первой цепи выстраивается вторая, строение которой строго соответствует строению «прародительницы». Информация получена, и теперь нуклеиновая кислота-переносчик может спокойно отделяться и нести информацию к месту синтеза белка.
Все, что мы только что рассказали, ученые знали раньше. Правда, информационная нуклеиновая кислота была открыта недавно, а еще раньше считали, что нуклеиновых кислот всего три. А вот как конкретно производится «сборка» белковой молекулы с помощью нуклеиновых кислот? Какие именно составные части молекулы нуклеиновой кислоты определяют, что в постройку белковой молекулы должна включиться та или иная аминокислота? И сколько должно быть «букв» в слове, управляющем одним кирпичиком будущей молекулы белка?
На подобные вопросы и удалось ответить ученым, правда еще не совсем точно.
СКОЛЬКО «БУКВ» В «СЛОВЕ»
Сначала определили, сколько веществ, входящих в состав нуклеиновых кислот, необходимо для включения одной аминокислоты в молекулу белка.
Возьмем три сорта бусинок — белые, красные и черные. Расположим их в ряд одинаковыми тройками. Тогда у нас получится такой условный шифр: (Бел., Кр., Черн.), (Бел., Кр., Черн.), (Бел., Кр., Черн.), (Бел., Кр., Черн,).
Теперь в первую тройку добавим еще одну красную бусинку. Расположение бусинок в тройках нарушится и станет иным: (Бел., Кр.. Кр.), (Черн., Бел., Кр.), (Черн., Бел., Кр.), (Черн., Бел., Кр.).
Теперь во вторую тройку добавим белую бусинку. Тогда тройки будут выглядеть следующим образом: (Бел., Кр., Кр.), (Черн., Бел., Бел.), (Кр., Черн., Бел.), (Кр., Черн., Бел.). Вы видите, что условная запись окончательно нарушилась и стала не похожа на первоначальную.
Сделаем последний опыт: добавим во вторую тройку еще одну черную бусинку. Тогда «лишняя» белая бусинка перейдет в третью тройку, и первоначальное расположение бусинок восстановится: (Бел., Кр., Черн.).
Итак, добавка одной или двух «букв»-бусинок расстраивает запись, нарушает ее смысл. (Черн., Бел., Черн.), (Бел., Кр., Черн.), (Бел., Кр., Черн.). А если мы добавляем три новых бусинки в длинный ряд, разделенный на группы по три бусинки в каждой, то условная запись сохраняется. К ней просто добавилось лишнее «трехбуквенное слово».
Если бы у нас было не три, а два или четыре сорта бусинок, то тогда для восстановления их положения нам надо было бы добавить соответственно две или четыре бусинки. Выходит, действуя таким способом, можно догадаться, из скольких знаков состоит код. И мы с вами нашли, что код бусинок состоит из трех знаков.
Примерно так же поступили и исследователи нуклеиновых кислот. Они не знали точно, из скольких «букв» состоит белковый код. И стали добавлять в молекулу нуклеиновой кислоты наугад одно, два, три, четыре вещества, из которых состоят нуклеиновые кислоты.
Оказалось, что при добавлении одного или двух таких веществ код путался. А при добавлении третьего вещества код восстанавливался. Так было установлено, что три вещества, входящие в состав нуклеиновой кислоты, определяют, какая очередная аминокислота будет использована при синтезе белка. Теперь следовало выяснить, какие же именно вещества, входящие в эти тройки, определяют включение в состав белка той или иной аминокислоты.
Маленькое отступление: Оказывается в расшифровке белкового кода на самом деле заинтересованы многие организации, даже такие, как центр лазерной эпиляции (есть такой, например в Одессе), ведь с помощью этого научного достижения можно придумать новые безболезненные методы эпиляции.
Первый успешный опыт сумел провести Ниренберг, о котором мы уже упоминали вначале. Он поступил просто: взял и удалил из системы, в которой синтезировался белок, информационную нуклеиновую кислоту.
Конечно, синтез белка остановился. Ведь теперь не было информации о том, какой белок синтезировать. Если вы снимете пластинку с диска проигрывателя — никакой музыки не будет. Затем вместо информационной нуклеиновой кислоты Ниренберг добавил искусственную, специально им приготовленную. Она состояла только из одного вещества, или, иначе говоря, «слова» кода были сложены из набора одной и той же «буквы». И получилось, как в проигрывателе: когда иголка скользит по одной борозде пластинки, тогда монотонно звучат несколько нот, ведь иголка снимает с пластинки информацию, записанную только на одной борозде.
Так и Ниренберг: введя ограниченную информацию, состоящую только из соединения У, он синтезировал не белок, а вещество, состоящее из множества молекул одной и той же аминокислоты — фенилаланина. И тогда Ниренберг совершенно правильно решил, что код УУУ определяет включение этого вещества в белок.
После этого уже нетрудно было определить код и для других аминокислот. Очоа с сотрудниками синтезировали искусственные нуклеиновые кислоты с заранее известным содержанием веществ и изучали, какие аминокислоты под их влиянием включаются в белок. В течение нескольких месяцев они сумели найти код для всех 20 аминокислот.