Молекулы ДНК

Молекулы ДНК всего органического мира во всех исследованных группах животных и растений слагаются из одних и тех же дезоксирибонуклеотидов, включающих два пуриновых основания (аденин и гуанин — А и Г) и два пиримидиновых (цитозин и тимин — Ц и Т).

Во всем органическом мире строго соблюдаются закономерности, подмеченные Эрвином Чаргаффом (1905–2002 гг.) (“правила Чаргаффа”).

Среди них могут быть выделены следующие:

1. Количество пуриновых нуклеотидов равно количеству пиримидиновых нуклеотидов: А + Г = Т + Ц.
2. Содержание аденина равно содержанию тимина: А = Т.
3. Содержание гуанина равно содержанию цитозина: Г = Ц.
4. Суммы Г + Т и А + Ц равны, т. е. Г + Т = А + Ц.

Содержание Г + Ц и А + Т может варьировать в довольно значительных пределах. Поэтому для ДНК, наряду с единым планом строения, обусловленным ее жесткой двуспиральной структурой, существуют возможности бесконечного варьирования состава и последовательности оснований.

Исключительную роль в науках о наследственности играет генетический код. В живой клетке имеются органеллы — рибосомы, которые в определенном смысле “читают” первичную структуру ДНК и синтезируют белки в строгом соответствии с “записанной” на ДНК “инструкцией”.

Каждой тройке (триплету) нуклеотидных остатков рибосома ставит в соответствие одну из 20 возможных аминокислот (сигнал начала или конца синтеза данного белка), и следовательно, первичная структура ДНК определяет последовательность аминокислот в синтезируемой полипептидной цепи белка, кодируемого этимгеном, или, иначе говоря, первичную структуру белка.

Аминокислоты — это органические соединения, в молекулах которых содержатся карбоксильные (СООН) и аминные (NH2) группы.

В построении молекул белка участвуют обычно 20 аминокислот: аланин, валин, глицин, изолейцин, лейцин, метионин, серин, тирозин, треонин, фенилаланин, цистеин, аспаргиновая, глутаминовая кислота, аргинин, лизин, аспаргин, глутамин, гистидин, пролин, триптофан. В тканях живых организмов встречаются и другие аминокислоты (всего их до 150), не входящие в состав белков.

Кодирующими нуклеотидами (кодонами) являются, например, следующие триплеты: УУЦ, ГУА, АЦА, АГЦ, ГГГ, ЦГГ и т. д. Три триплета соответствуют стоп-кодонам: УАА, УАГ, УГА. Полное число триплетов из четырех исходных пептидных оснований (аденин А, гуанин Г, цитозин Ц и тимин Т) равняется 64.

Всего, за исключением стоп-кодонов, имеется 61 кодон. Многие аминокислоты кодируются более чем одним кодоном, т. е. код является вырожденным и это способствует его устойчивости. Размер гена связан с размером того белка, который он кодирует. Если он кодирует белок, состоящий из 200 аминокислот (повторяющихся), то в нем будет 200 триплетов, т. е. 600 пар нуклеотидов.

Каждая аминокислотная частица (пуплеотидный остаток) направляется на собственное место в белковую цепь при помощи определенной последовательности “букв” кода в молекуле (или молекулах) ДНК.

Генетический код не сводится только к кодонам. На основе последних могут образовываться более крупные комплексы: цистроны, опероны и др. Цистрон определяет последовательность аминокислот в системе “отдельная белковая молекула — фермент”. Такая независимая единица является генетической “фразой”.

Оперон управляет кодирующими белки цистронами. Это нечто вроде “красной” строки, обозначающей начало каждого “абзаца”.

С ней связан фундаментальный генетический закон Харди–Вайнберга, который гласит: любая популяция, в которой распределены пары генов А и В с соответствующими частотами p и q в данной популяции, удовлетворяющая соотношению p²AA + 2pqAB + q²BB = 0, находится в генетическом равновесии. Доли этих генов в последующих поколениях будут оставаться постоянными, если их не изменит отбор, мутационный процесс или какая-либо случайность.