Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ниренберг пен Ледер эксперименті – 1964 жылы Маршалл В. Ниренберг пен Филип Ледер жүргізген ғылыми тәжірибе. Тәжірибе генетикалық кодтың үштік екенін аңғарды және генетикалық кодтағы қалған беймағына кодондарды түсіндіруге мүмкіндік берді. Бұл тәжірибеде, рибосомалық байланысу әдісі деп аталатын триплеттік байланысу сынағы арқылы, мРНК-ның әртүрлі комбинациялары рибосомалары бар сүзгі арқылы өткізілді. Нақты үштіктер белгілі бір тРНК-ның рибосомаға байланысуын ынталандырды. тРНК-ны оның сәйкес аминқышқылымен байланыстыру арқылы, әрбір аминқышқылы үшін кодтаған мРНК үштігін анықтауға болады.
The Nirenberg and Leder experiment was a scientific experiment performed in 1964 by Marshall W. Nirenberg and Philip Leder. The experiment elucidated the triplet nature of the genetic code and allowed the remaining ambiguous codons in the genetic code to be deciphered. In this experiment, using a ribosome binding assay called the triplet binding assay, various combinations of mRNA were passed through a filter which contained ribosomes. Unique triplets promoted the binding of specific tRNAs to the ribosome. By associating the tRNA with its specific amino acid, it was possible to determine the triplet mRNA sequence that coded for each amino acid.
Өмірбаян
Освальд Эйвери бактериялардың ауру тудыратын, тұқым қуалайтын өзгерістерді қамтамасыз ететін заттың ақуыз да, липид те емес, дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНК) екенін анықтады. Ол және оның әріптестері Колин МакЛеод пен Маклин МакКарти ДНК генетикалық ақпаратты жеткізуге жауапты екенін ұсынды. Кейінірек Эрвин Шаргафф түрлерге қарай ДНК құрамының өзгеше екенін анықтады. Бұл тәжірибелер ДНК құрылымын ашуға жол ашты. 1953 жылы Морис Уилкинс пен Розалинд Франклиннің рентгендік кристаллографиясының көмегімен Джеймс Уотсон мен Фрэнсис Крик ДНК-ның қос спираль құрылымдасқан екенін ұсынды. 1960 жылдары ғалымдардың шеше алмаған ДНК-ның бір мәселесі – әр код сөзінде неше негіз болады, яғни кодонды анықтау болатын. Ғалымдар төрт негіздің (гуанин, цитозин, аденин және тимин) бар екенін білген. Сондай-ақ, 20 белгілі аминқышқылы бар екенін білген. Джордж Гамов генетикалық кодтың әрбір аминқышқылы үшін үш нуклеотидтен тұратынын болжады. Ол 20 аминқышқылы бар және тек 4 негіз ғана бар екенін ескере отырып, кодтау бірліктері жеке (4 комбинация) немесе жұп (16 комбинация) бола алмайтынын түсіндірді. Керісінше, ол үштіктердің (64 мүмкін комбинация) генетикалық кодтың кодтау бірлігі екенін ойлады. Бірақ ол үштіктердің үстіне жабыспайтын және дегенерацияланбайтын екенін айтты. 1950 жылдардың соңында Сеймур Бензер фаг мутацияларын пайдалана отырып, генетикалық аймақтың ең алғашқы толық сызықтық құрылымдық картасын жасады. Крик мутагенез бен генетикалық рекомбинациялық фагтарды пайдаланып генетикалық кодтың мәнін одан әрі анықтауға болатынын сезді. Крик, Бреннер және басқалар жасаған тәжірибеде осы фагтарды қолдану арқылы генетикалық кодтың үштік екені расталды. Олар фрейм сдвигі мутацияларын және реверсия процесін пайдаланып, әртүрлі мөлшерде нуклеотидтерді қосты және жойды. ДНК тізбегіне нуклеотидтік триплет қосылғанда немесе алынғанда, кодталған белок минималды түрде ғана өзгеретін болды. Осылайша, олар генетикалық кодтың үштік код екенін қорытындылады, себебі ол оқу тізбегінде фрейм сдвигін тудырмады. Олар кодтың дегенерацияланғанын, үштіктердің үстіне жабыспайтынын және әр нуклеотидтік тізбектің белгілі бір бастапқы нүктеден оқылатынын дұрыс анықтады.
Oswald Avery discovered that the substance responsible for producing inheritable change in the disease causing bacteria was neither a protein nor a lipid, rather deoxyribonucleic acid (DNA). He and his colleagues Colin MacLeod and Maclyn McCarty suggested that DNA was responsible for transferring genetic information. Later, Erwin Chargaff discovered that the makeup of DNA differs from one species to another. These experiments helped pave the way for the discovery of the structure of DNA. In 1953, with the help of Maurice Wilkins and Rosalind Franklin’s X ray crystallography, James Watson and Francis Crick proposed DNA is structured as a double helix. In the 1960s, one main DNA mystery scientists needed to figure out was in translation how many bases would be in each code word, or codon. Scientists knew there were a total of four bases (guanine, cytosine, adenine, and thymine). They also knew that were 20 known amino acids. George Gamow suggested that the genetic code was made of three nucleotides per amino acid. He reasoned that because there are 20 amino acids and only four bases, the coding units could not be single (4 combinations) or pairs (only 16 combinations). Rather, he thought triplets (64 possible combinations) were the coding unit of the genetic code. However, he proposed that the triplets were overlapping and non degenerate. Seymour Benzer in the late 1950s had developed an assay using phage mutations which provided the first detailed linearly structured map of a genetic region. Crick felt he could use mutagenesis and genetic recombination phage to further delineate the nature of the genetic code. In the Crick, Brenner et al. experiment, using these phages, the triplet nature of the genetic code was confirmed. They used frameshift mutations and a process called reversions, to add and delete various numbers of nucleotides. When a nucleotide triplet was added to or deleted from the DNA sequence, the encoded protein was minimally affected. Thus, they concluded that the genetic code is a triplet code because it did not cause a frameshift in the reading frame. They correctly concluded that the code is degenerate, that triplets are not overlapping, and that each nucleotide sequence is read from a specific starting point.
Эксперименттік жұмыстар
Бірінші аминқышқылы кодоны (фенилаланинге кодтейтін УУУ) Ниренберг пен оның докторанты Генрих Маттай (Ниренберг пен Маттай экспериментіне қараңыз) ұзын синтетикалық РНК қолданып шифрлаған. Бірақ, егер ұқсас РНК бірнеше РНК негіздерін қамтыса, негіздердің реті кездейсоқ болады. Мысалы, С пен U арақатынасы 2:1 болатын ұзын РНК жасауға болады, сондықтан CCU, CUC, UCC кодондары жоғары жиілікте кездеседі. Рибосомалар арқылы аударғанда, бұл пролин, лейцин және серин аминқышқылдарын қамтитын ақуызды береді, бірақ қай кодон қай аминқышқылына сәйкес келетінін анықтау мүмкін емес еді. Сондықтан Ниренберг тобы өте қысқа синтетикалық РНК-қа көшті. Олар UUU тринуклеотидінің (фенилаланин кодоны) фенилаланинмен зарядталған тРНК-ның рибосомалармен ерекше байланысын тудыратынын тапты. Бұл байланысты қоспаны нитроцеллюлоза сүзгісінен өткізу арқылы анықтауға болады: сүзгі рибосомаларды, бірақ еркін тРНК-ны ұстамайды; егер тРНК рибосомамен байланысқан болса, ол да ұсталады (тРНК-ға қосылған радиоактивті фенилаланинмен бірге). Олар сондай-ақ AAA немесе CCC тринуклеотидтерінің сәйкесінше лизин тРНК немесе пролин тРНК рибосомалық байланысын тудыратынын анықтады. Эксперименттік жоспар нақты болды: 64 тринуклеотидтің барлық комбинацияларын синтездеп, 20 аминқышқылымен зарядталған тРНК-мен сүзгілеу әдісін қолданып, қай аминқышқылының қай тринуклеотидпен байланысқанына көз жеткізу керек. Бірақ, аралас негіз тізбектері бар, мысалы GUU тринуклеотидтерін тазарту қиын мәселе болды. Ледердің пионерлік зерттеулерінде нуклеазамен ұзын кездейсоқ поли-ГУ РНК-ны ыдыратып, қағаз хроматографиясымен нақты тринуклеотидтерді тазарту арқылы жасалған тринуклеотидтер қолданылды: сәйкесінше цистеин және лейцин. Кейін Ниренберг тобы ДНК полимеразаларын нуклеотидтермен және РНК полимеразаларын біріктіріп, ұзын кездейсоқ поли-ГУ РНК-ны және тазартылған тринуклеотидтерді жасанды түрде көбейтіп шығарды. МРНК жеткілікті концентрацияға жеткеннен кейін, полимераза өнімдерінің ыдырауы мен қайта құралуы ферментативтік процестер арқылы жүзеге асырылды. Мысалы, AGU AG және U-дан полинуклеотид фосфорилазамен жасалуы мүмкін; UAG AG және U-дан жоғары концентрациядағы метанолдағы рибонуклеаза А-мен жасалуы мүмкін. Ниренбергтің докторанты Мертон Бернфилд осы әдістерді қолданып, UUU және UUC фенилаланинге, UCU және UCC серинге, ал CCC және CCU пролинге кодтейтінін анықтады, бұл генетикалық кодтың аминқышқылдарды артық кодтайтын ерекшелігін көрсетті. Ниренберг зертханасы мен NIH-тағы көптеген ғалымдар генетикалық кодты толық түсінуге үлес қосты.
The very first amino acid codon (UUU encoding phenylalanine) was deciphered by Nirenberg and his postdoc Heinrich Matthaei (see Nirenberg and Matthaei experiment) using long synthetic RNA. However, when similar RNAs are made containing more than one RNA base, the order of the bases was random. For example, a long RNA could be made that had a ratio of C to U of 2:1, and so would contain codons CCU, CUC, UCC at high frequency. When translated by ribosomes, this would produce a protein containing the amino acids proline, leucine, and serine; but it was not possible to say which codon matched which amino acid. Instead, Nirenberg's group turned to very short synthetic RNAs. They found that the trinucleotide UUU (which is the codon for phenylalanine), was able to cause specific association of phenylalanine charged tRNA with ribosomes. This association could be detected by passing the mixture through a nitrocellulose filter: the filter captures ribosomes but not free tRNA; however if tRNA was associated with the ribosome, it would also be captured (along with the radioactive phenylalanine attached to the tRNA). They similarly found that trinucleotides AAA or CCC caused ribosome association of lysine tRNA or proline tRNA, respectively. So an experimental plan was clear: synthesize all 64 different trinucleotide combinations, and use the filter assay with tRNAs charged with all 20 amino acids, to see which amino acid associated with which trinucleotide. However, obtaining pure trinucleotides with mixed base sequences, for example GUU, was a daunting challenge. Leder's pioneering studies used trinucleotides made by breaking down long random poly GU RNA with nuclease and purifying specific trinucleotides by paper chromatography: cysteine and leucine, respectively. Subsequently, Nirenberg's group constructed trinucleotides by using DNA polymerases coupled with nucleotides and RNA polymerases to create the long random poly GU RNA as well as artificially replicate the purified trinucleotides. Once high enough concentrations of mRNA were produced, degradation and reformation of polymerase products was accomplished through enzymatic processes. For example, AGU could be made from AG and U with polynucleotide phosphorylase; UAG could be made from AG and U with ribonuclease A in a high concentration of methanol. Nirenberg's postdoc Merton Bernfield used these techniques to determine that UUU and UUC encode phenylalanine, UCU and UCC encode serine, and CCC and CCU encode proline, highlighting a pattern in the way the genetic code redundantly encodes amino acids. Many others in the Nirenberg lab and at NIH contributed to the full decipherment of the genetic code.