Перші жителі нашої планети, найімовірніше, мали зовсім маленьку тривалість життя. Еволюційний напрямок всього живого йшов у бік збільшення тривалості життя організму для успішного пристосування до умов навколишнього середовища, вироблення механізмів адаптації та можливості передачі накопиченого досвіду подальшим поколінням. Створення органічних молекул згідно з наміченим планом дозволило життя на Землі закріпитися і почати успішний розвиток. Механізм матричного запам 'ятовування і передачі спадкової інформації перетворювався на систему генетичного кодування, де головна складова - це функціональна одиниця генетичного коду.
Центральна догма молекулярної біології
Спадковість - це головна біологічна складова безперервності життя. Природа створила механізми передачі і відтворення спадкової інформації за допомогою кодування складу білків у ланцюжку нуклеїнових кислот. Функції нуклеїнових кислот (ДНК і РНК) - збереження інформації і передача її на будову білків. А білки за допомогою реакцій метаболізму здійснюють фенотипічний прояв цієї інформації. Генетичний код - матричне лінійне збереження інформації про структуру білка за допомогою запису її трійками нуклеотидів у ланцюжку нуклеїнових кислот. Найменша функціональна одиниця генетичного коду, що містить інформацію про мінімальну структурну одиницю білків - це триплет нуклеотидів у ланцюжку ДНК або РНК. Передача інформації йде від ДНК на іРНК, і від іРНК на інші РНК і на молекули білка.
Універсальна система кодування
На розуміння генетичного коду у науки пішло століття, а на його розшифровку - всього лише десятиліття. З моменту появи концепції будови подвійний спіралі ДНК (Вотсон і Крік, 1953) прийшло розуміння її ролі як спадкового матеріалу, і почався пошук тих букв алфавіту, якими записана на ній інформація. Ідея про те, що функціональна одиниця генетичного коду 1 нуклеотид відразу не витримала критики. Чотири комплементарні нуклеотиди (адеїн, гуанін, цитозин і тимін) ДНК не могли забезпечити кодування 21 амінокислоти білків. Математики, фізики і біологи активно включилися в пошук системи кодування і досить швидко з 'ясували, що одну амінокислоту кодує послідовність з трьох нуклеотидів. Таким чином, функціональна одиниця генетичного коду - це триплет нуклеотидів, що відповідає за синтез однієї амінокислоти білка. Триплетів (кодонів) всього 64, з них 61 - це смислові кодони (кодують амінокислоти), а решта 3 - безглузді. Вони не несуть інформацію про амінокислоту, а виступають в ролі стоп-кодонів закінчуючих або ініціюючих синтез білкової молекули.
Триплет - це функціональна одиниця генетичного коду
Біополімерна молекула нуклеїнових кислот складається з мономерів - нуклеотидів. Ті, в свою чергу, створюють безперервну ДНК, з якою в процесі транскрипції інформація передається на іРНК відповідно до рамки зчитування, де найменшим кодовим значенням володіє трійка нуклеотидів - триплет. Рамка зчитування рухається односпрямовано, а генетичний код має чітку однозначність і виродженість (надмірність).
Однонапрямність і однозначність
Інформація триплета однозначна, тобто співвідношення 1 триплет -1 амінокислота не варіабельне. Амінокислота може бути закодована і кількома триплетами, але конкретний триплет - це конкретна амінокислота. Рамка зчитування завжди спрямована в одному напрямку, і це обумовлено наявністю триплетів, що ініціюють зчитування і закінчують його. Так зберігається стабільність структури білка. Ще одна властивість триплетів - неперекриваність. Це означає, що нуклеотид обов 'язково входить до складу триплета, але виключно тільки одного.
Природна надмірність
Виродженість (надмірність) генетичного коду - це як запас міцності організму. Він оберігає клітку від руйнівної дії мутацій. Кожна функціональна одиниця генетичного коду може зазнавати заміни 1, 2 і 3 нуклеотиди в триплеті. Таким чином, 9 позиційних замін в кожному триплеті, заміни кожного нуклеотиду на 4-1 = 3 можливих варіанти, і в підсумку ми отримуємо 61 на 9 = 549 варіантів замін нуклеотиду в триплеті. Це набагато більше, ніж необхідно для кодування 21 амінокислоти. Ця надлишковість, або виродженість, і забезпечила біологічне існування життя і зведення до мінімуму помилок при зчитуванні генетичної інформації.
Кодон чи триплет?
У літературі трійка нуклеотидів, як функціональний конгломерат, називається триплет або кодон. У чому різниця і чи є вона? Термін "" кодон "" застосовують при безпосередньому процесі трансляції - перенесення інформації з РНК на молекулу білка. Термін "" триплет "" вживається в більш широкому смисловому контексті, при описі рамки зчитування інформації як з РНК, так і з ДНК.