Универсальность и происхождение генетического кода

Универсальность и происхождение генетического кода

Генетический код ядерной ДНК универсален, т. к. он одинаков у всех жи-вых существ, т. е. у всех живых существ используются одинаковые наборы ко-донов. Признание универсального характера генетического кода является вы-дающимся современным доказательством единства происхождения органиче-ских форм (см. главы XIV, XV и XVI).
С тех пор как были определены основные черты структуры генетического кода, стали формулировать также гипотезы относительно его эволюции, при-чем к настоящему времени известно несколько таких гипотез. В соответствии с одной гипотезой первоначальный код (в примитивной клетке) состоял из очень большого количества двусмысленных кодонов, что исключало правильную трансляцию генетической информации. Поэтому в процессе эволюции орга-низмов развитие генетического кода шло по линии сокращения ошибок в трансляции, что привело к коду в его современном виде. Напротив, по другой гипотезе код возник в результате сведения до минимума летальных эффектов мутации в процессе эволюции, причем селективное давление вело к устране-нию бессмысленных кодонов и к ограничению частоты мутаций в кодо-нах, изменения которых не сопровождались изменениями в последовательности аминокислот, либо сопровождались заменами лишь одной аминокислоты на другую, но функционально связанную. Развившись в процессе эволюции, код однажды стал «замороженным», т. е. таким, каким мы видим его сейчас.
В соответствии с третьей гипотезой предполагают, что ранний архетипо-вой код был дуплетным, состоя из 16 кодонов-дуплетов. Каждый из 15 дупле-тов кодировал каждую из 15 аминокислот, из которых, как предполагают, со-стояли белки примитивной клетки, тогда как оставшийся свободным 60-й ду-плет обеспечивал свободное пространство («брешь») между генами. В связи с установлением каталитической способности РНК и высокой концентрации РНК в рибосомах предполагают, что в примитивных клетках молекулы тРНК сами катализировали свое связывание с аминокислотами, а роль рибосом выполняли первые рРНК. Триплетный код возник тогда, когда в процессе эволюции обра-зовались остальные пять аминокислот, причем его возникновение связано с до-бавлением третьего основания в каждый кодон.
Предполагают, что современный генетический код является результатом длительной эволюции примитивного кода, кодировавшего лишь несколько аминокислот, притом только несколькими триплетами, составленными из азо-тистых оснований двух типов.
В последующем эволюция кода заключалась в уменьшении количества бессмысленных триплетов и увеличении количества смысловых. Это привело к тому, что большинство триплетов стало «читаться». Завершающая стадия в эволюции кода была связана с увеличением количества аминокислот, подвер-женных «опознанию» соответствующими нуклеотидами (триплетами), а также с синтезом клетками соответствующих тРНК и активирующих ферментов. Ко-гда количество и структура белков стали такими, что уже ни одна новая амино-кислота не могла улучшить селективные преимущества организмов, код «замо-розился» в его современном виде.
Что касается митохондриального кода, то его считают более примитив-ным по сравнению с ядерным. Предполагают, что, например, антикодон УАА в современном митохондриальном коде мог быть также и антикодоном архети-пового кода для кодонов, в которых первые два основания являются У, а третье могло быть У, Ц, А или Г. Но можно предполагать, что митохондриальный код возник в результате упрощения бактериального кода, если признать происхож-дение митохондрий от бактерий. Оценивая особенности белкового синтеза, контролируемого митохондриальным генетическим кодом в сравнении о хло-ропластным, остается неясным, почему хло-ропластный генетический код ко-дирует намного больше белков по сравнению с митохондриальным генетиче-ским кодом.
Как видно, современные взгляды на происхождение и эволюцию генети-ческого кода весьма противоречивы, ибо пока нет еще экспериментальных дан-ных, которые можно было бы использовать для достаточного обоснования той или иной гипотезы.