BioScience Blog – Научный Биологический блог

Исследование свойств генетического кода началось ещё до его окончательной расшифровки (ромбический код Гамова, код без запятых Крика). К настоящему моменту в рамках целого ряда исследований, использующих в качестве численной меры различия аминокислот показатели, связанные с гидрофобностью их боковых цепей, а в качестве методов – генерацию множества случайных кодов со структурой вырождения, идентичной стандартной, удалось показать, что доля кодов, превосходящих стандартный по критерию минимизации расстояния между соседними кодонами по метрике кодируемых ими амикислот, мала [1]. Обычно в подобных исследованиях положение нонсенсов фиксируется, и их роль не учитывается.

В рамках данного исследования анализ оптимальности генетического кода строится на основе его простейшей модели, называемой разметкой, которая отражает деление множества ко донов на терминирующую и смысловую части [2]. Различие между смысловыми кодонами не вводится – существенно лишь расположение нонсенсов на карте кода.

В качестве критериев оптимизации использованы вероятность появления нонсенса в результате мутации сдвига рамки считывания и количество соседних с нонсенсами смысловых ко донов. Указанные характеристики рассчитаны для всех возможных разметок с тремя нонсенсами.

Установлено, что разметка стандартного генетического кода обеспечивает максимально возможную вероятность прерывания трансляции с неправильной рамкой за счет появления нонсенса в этом случае. Кроме того, разметка обеспечивает минимально возможное количество уязвимых для точечных нонсенс-мутаций кодонов. Доля разметок с такими свойствами для случая трех нонсенсов составляет всего 5,8%. По количеству возможных нонсенс-мутаций стандартная разметка не оптимальна, хотя и близка к оптимуму.

Произведено сравнение классов разметок с различным количеством нонсенс-кодонов. Класс разметок с тремя нонсенсами обладает по абсолютному значению максимально возможным количеством оптимальных по обоим критериям разметок.

Таким образом, в рамках простейшей модели и выдвинутых критериев оптимизации строго доказана оптимальность генетического кода, что служит дополнительным аргументом в пользу адапторной гипотезы его происхождения. Фиксация оптимальной разметки кода на самых ранних стадиях его эволюции, по-видимому, могла обеспечивать стабильность трансляции в условиях примитивного молекулярного аппарата.

Литература

1.  S.J. Freeland, L.D. Hurst. The genetic code is one in a million. //J.Mol.Evol, 1998, 47: 238-

248.

2.  Г.Г. Малинецкий, С.А. Науменко, А.В. Подлазов. Об экстремальных свойствах

разметки генетического кода. //Доклады академии наук (биохимия, биофизика,

молекулярная биология) июнь 2007, том 414, № 6, стр. 831-835.