Генетический код

Одним из важнейших достижений 60-х гг., ознаменовавшим возникновение новой генетики, было открытие генетического кода. Благодаря использованию синтетических тринуклеотидов удалось показать, что каждая отдельная тройка детерминирует присоединение в процессе рибосомной «трансляции» только одной определенной аминокислоты. Вскоре были расшифрованы кодоны (3 нуклеотида, кодирующие аминокислоту) для всех аминокислот (табл. 2.12). Все аминокислоты, кроме триптофана и метионина, имели больше одного код она, т. е. код оказался вырожденным. Нуклеотид в третьей позиции кодона не столь специфичен, как первые два, поэтому четыре кодона, которые отличаются только по третьему нуклеотиду, синонимичны и кодируют одну и ту же аминокислоту. Три кодона определяют сигнал терминации трансляции: в позиции, где стоят эти кодоны, трансляция прекращается. Кодон AUG для метионина определяет инициацию трансляции N-формилметионином и начало полипептидной цепи.

Генетический код универсален и одинаково эффективен у весьма отдаленных друг от друга организмов, таких, как вирус и человек. Это впечатляющее доказательство единства жизни на Земле. Все мутации в гемоглобинах человека (разд. 4.3) подчиняются правилам кодирования, действующим

 

Таблица 2.12. Генетический код

122 2. Хромосомы человека

и у низших организмов. В последние годы обнаружены некоторые исключения, касающиеся ДНК митохондрий, в которых триплет UGA не терминирует трансляцию, а кодирует триптофан.

2.3.3. Тонкая структура генов человека: «Новая генетика»

Казалось бы, что на рубеже 70-х гг. молекулярная биология достигла определенной степени завершенности: были установлены структура [1347] и механизмы репликации ДНК, провозглашена «центральная догма» экспрессии гена (транскрипция, трансляция), выяснены основные аспекты регуляции активности гена. В этот период главным объектом молекулярно-генетических исследований были микроорганизмы. Переход к эукариотам (включая человека) встретился с дополнительными проблемами и трудностями, и кроме того, существовавшие в то время методы не позволяли рассчитывать на получение принципиально новых результатов. Стремительный прорыв в развитии молекулярной генетики в начале 70-х гг. стал возможен благодаря появлению нового экспериментального инструмента-рестрикционных эндонуклеаз. Был открыт путь для широкомасштабного получения генных продуктов (физиологически значимых белков) и для генетического манипулирования с различными организмами. Наши знания о структуре и функции генетического материала у эукариот, включая человека, заметно пополнились. Новые, совершенно неожиданные факты, имеющие как теоретическое, так и практическое значение, были открыты в разных областях, таких, как действие гена, популяционная генетика, эволюция и генетическая консультация, включая пренатальную диагностику (разд. 4.3 и 9.1). Достигнутые успехи заставили ученых задуматься об этической стороне манипулирования с человеческим зародышем, об опасности возникновения возбудителей в процессе генно-инженерных исследований. Многие из этих вопросов были подняты самими учеными, активно работающими в данной области. В настоящее время большинство исследователей считает, что опасения, касающиеся генной инженерии, не имеют достаточных оснований, но многие этические проблемы остаются нерешенными и продолжают возникать новые.

В прошлом генетика человека и медицинская генетика развивались как относительно независимые отрасли науки, теперь многие их разделы оказались вовлеченными в общее русло молекулярно-генетических исследований, и провести между ними грань-трудно. В рамках учебника невозможно описать в деталях все молекулярно-биологические методы, которые привели к столь внушительному прогрессу генетики человека, поэтому следует обратиться к более специальным источникам [366; 493; 60]. Однако принципы новых подходов должны быть понятны всем исследователям, даже тем, кто изучает эволюцию или генетику поведения. В следующем разделе в качестве примера описывается анализ β-глобинового генного кластера человека (разд. 4.3). Кроме методов, основанных на использовании рестрикционных ферментов, обсуждаются также методы гибридизации нуклеиновых кислот, секвенирования ДНК и сортировки хромосом при помощи цитофлуорометрии.