Microsoft Word 60 2012 Белясова doc

денность. Это означает, что одна аминокислота может кодироваться 
более чем одним триплетом нуклеотидов. С другой стороны, код не 
является двусмысленным: каждый кодон кодирует только одну ами-
нокислоту. Такая закономерность выражается в том, что если известна 
последовательность нуклеотидов в ДНК, то с ее помощью легко уз-
нать последовательность аминокислот в белке; наоборот, известную 
последовательность аминокислот нельзя однозначно перевести в нук-
леотидную последовательность ДНК. Вырожденность генетического 

---

26 
кода, как правило, приводит к тому, что у кодонов, определяющих од-
ну и ту же аминокислоту, реально распознаются только первые два 
нуклеотида, а третий может не иметь значения. 
Полипептид строится от N-конца (свободная аминогруппа) к
С-концу (свободная карбоксильная группа). Сдвиг рамки считывания 
приводит к изменению последовательности аминокислот в пептидной 
молекуле. Для объяснения этого феномена Ф. Крик предложил гипо-
тезу «качания» (от англ. wobble), которая впоследствии подтвердилась 
и в настоящее время называется правилом неоднозначного соответ-
ствия. Согласно этому правилу, соответствие третьего нуклеотида в 
кодоне мРНК первому нуклеотиду в антикодоне тРНК является не-
строгим, поскольку часто первое положение в антикодоне тРНК зани-
мает минорный нуклеотид, содержащий в качестве азотистого осно-
вания инозин. Инозин может образовывать водородные связи с ураци-
лом, цитозином или аденином, находящимися в кодоне в третьем 
положении. Существование такого механизма позволяет клетке иметь 
меньше 61 разной тРНК, поскольку многие тРНК способны узнавать 
до 3 кодонов. 
Генетический код универсален. Это свойство кода состоит в том, 
что любая молекула мРНК при трансляции в клетке любого организма 
приведет к синтезу полипептида с одинаковой последовательностью 
аминокислот. Данное правило, однако, имеет исключения, которые 
касаются генетического кода ДНК митохондрий. Большей частью и 
здесь используется основной «генетический словарь», но, например, в 
митохондриях млекопитающих кодон UGA в мРНК «читается» как 
триптофан, и в пептид в соответствующее положение включается 
триптофан, в то время как в ядерной мРНК данный кодон служит 
стоп-кодоном (рис. 1.7) и на нем заканчивается процесс трансляции. 
Наоборот, в митохондриях млекопитающих триплеты нуклеотидов 
AGA и AGG прочитываются как сигналы терминации, а в ядре они 
кодируют аминокислоту аргинин. В митохондриях других организмов 
могут встречаться иные отклонения от универсального для ядерной 
ДНК генетического кода. 
Структура триплетов нуклеотидов коррелирует с химическими 
свойствами кодируемых ими аминокислот. Так, все кодоны с ури-
дилатом во втором положении кодируют аминокислоты с гидро-
фобной боковой цепью (фенилаланин, лейцин, изолейцин, валин, 
метионин). Если исключить терминирующие кодоны, то наличие 
аденилата во втором положении определяет полярную, или заря-
женную боковую цепь (тирозин, гистидин, глютамин, аспарагин, 

---

27 
лизин, глютаминовая и аспарагиновая кислоты). К тому же кодоны 
для большинства гидрофобных аминокислот различаются только 
одним нуклеотидом (рис. 1.7). Аналогичная ситуация наблюдается и 
для кодонов серина и треонина (их боковые группы содержат гид-
роксил) или аланина и глицина (имеют наименее сложно устроен-
ные боковые группы). Таким образом, генетический код устроен 
так, что при замене нуклеотидов даже в первой или второй позиции 
некоторых кодонов в полипептид включается структурно род-
ственная аминокислота, тем самым сводятся к минимуму наруше-
ния во вторичной структуре белка. 
Расшифровка генетического кода осуществлена М. Ниренбергом 
и Х. Кораной в начале 60-х гг. прошлого столетия. В ходе первых экс-
периментов в бесклеточную систему для синтеза белка, содержащую 
все необходимые компоненты, в качестве мРНК вносили искусствен-
но синтезированные гомополинуклеотиды (полиуридилат, полицити-
дилат и др.). Синтезированные в таких условиях полипептиды подвер-
гали аминокислотному анализу. В результате было установлено, что 
на мРНК, представляющей собой poly(U) (т. е. UUUUUU…), синтези-
руется полифенилаланин, на poly(С) – полипролин и т. д. Таким обра-
зом, можно было заключить, что триплет нуклеотидов UUU кодирует 
аминокислоту фенилаланин, а триплет ССС – пролин. Окончательную 
расшифровку всех 64 кодонов удалось осуществить с использованием 
в бесклеточных системах трансляции синтетических полирибонуклео-
тидов с известными повторяющимися последовательностями. Эти ре-
гулярные сополимеры удалось получить благодаря комбинированию 
методов органического и ферментативного синтеза. 
1.2. Репликация нуклеиновых кислот 
 
Основной функцией ДНК является ее способность к самоудвое-
нию (репликации). Репликация – очень точный механизм, практиче-
ски не допускающий ошибок. В самой ДНК (у некоторых вирусов – в 
РНК) закодирована информация о структуре ферментов, осуществ-
ляющих удвоение нуклеиновых кислот, синтез новых нуклеотидов – 
строительной базы репликации, исправление ошибок репликации, а 
также репарацию повреждений ДНК, вызванных разными факторами. 
Наконец, сама структура ДНК, а именно наличие двух цепей в ее со-
ставе, является условием, облегчающим процесс копирования, по-
скольку в таком случае каждая из цепочек может выполнять роль 
матрицы при синтезе новых молекул ДНК. Подобное предположение 

---

28 
высказали Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик еще в 1953 г., и оно полу-
чило экспериментальное подтверждение. Такой механизм копирования 
ДНК, когда каждая из цепей выполняет функцию шаблона, а вновь 
синтезированные молекулы являются гибридными (состоят из одной 
старой и одной новой цепей), называется полуконсервативным. 
Кроме полуконсервативной, были предложены еще две модели 
репликации – консервативная и дисперсивная. Особенности этих 
моделей репликации ДНК состоят в следующем. Согласно диспер-
сивной модели, родительская спираль ДНК при удвоении разрывается 
на каждом полуобороте путем множественной фрагментации, а синтез 
новых цепей происходит на фрагментах (рис. 1.9). По консервативной 
модели раскручивания спирали ДНК не происходит вовсе, и она 
служит матрицей для двух новых цепей, в результате чего роди-
тельская спираль целиком состоит из старого, а дочерняя – из нового 
материала. Доказательство реальности полуконсервативного меха-
низма репликации ДНК предоставили М. Месельсон и Ф. Сталь в 
1958 г. в экспериментах с ультрацентрифугированием меченой 
бактериальной ДНК. 
Рис. 1.9. Предполагаемые модели репликации дуплексной ДНК 
(сплошными линиями изображены исходные («тяжелые», содержащие 
15
N)
цепи ДНК, а прерывистыми линиями показаны полученные
в результате репликации новые («легкие», содержащие 
14
N) цепочки ДНК) 

---

29 
Суть этих экспериментов состояла в следующем. ДНК клеток 
E. coli метили радиоактивным изотопом 
15
N, а затем давали осуще-
ствиться одному раунду репликации ДНК, выращивая клетки в тече-
ние примерно 50 мин на питательной среде, содержащей нормальный 
изотоп азота – 
14
N. Выделенную из клеток ДНК подвергали ультра-
центрифугированию в градиенте плотности хлористого цезия. При 
таком центрифугировании молекулы CsCl создают в пробирке гради-
ент плотности, и молекулы других веществ распределяются в этом 
градиенте в соответствии со своей плотностью. ДНК клеток E. coli, 
выращенных на среде, содержащей 
15
N, имеет плотность 1,724 г/см
3
, 
тогда как ДНК клеток, выращенных на обычной среде с изотопом 
14
N, 
характеризуется плотностью 1,710 г/см
3
. Таким образом, смесь этих 
двух типов ДНК легко разделяется по плотности при центрифугиро-
вании. Локализацию ДНК в пробирке с градиентом CsCl можно опре-
делить по поглощению ультрафиолетовых лучей (ДНК поглощает из-
лучение с длиной волны 260 нм). Таким образом, ДНК в пробирке вы-
является в виде «полос»: «легкая» – у верхнего края пробирки, 
«тяжелая» – ближе ко дну. В данном эксперименте в пробирке с гра-
диентом хлористого цезия образовалась всего одна, средняя по «тяже-
сти» полоса, положение которой соответствовало гибридной ДНК, 
включающей оба изотопа азота – 
15
N и 
14
N. Это обстоятельство ис-
ключало возможность реализации только одной модели репликации 
ДНК – консервативной. Для выбора между оставшимися двумя моде-
лями репликации М. Месельсон и Ф. Сталь позволили бактериям, 
ДНК которых содержала оба изотопа, совершить еще одно деление на 
среде с 
14
N. Затем их ДНК снова подвергли ультрацентрифугирова-
нию. На этот раз в пробирке сформировались две полосы ДНК – «лег-
кая» и «средняя по тяжести», что подтверждает справедливость полу-
консервативного механизма репликации ДНК. 
Итак, все изученные к настоящему времени способы репликации 
нуклеиновых кислот сводятся к полуконсервативному механизму, со-
гласно которому после каждого раунда репликации одна нить в каж-
дой из двух дочерних молекул является родительской, т. е. консерва-
тивной, а другая – синтезированной заново. 
Репликация одно- и двухцепочечных нуклеиновых кислот, пред-
ставляющих геномы разных организмов, осуществляется с соблюдением 
определенных закономерностей при реализации разных механизмов, 
рассмотренных ниже. Общим для всех этих процессов является:
1) участие сложного комплекса ферментов, которые осуществля-
ют репликацию;

---

30 
2) наличие трех основных стадий процесса – инициации, элонга-