Дешифриране на генетичния код

От 30.5.1953г.

Пътят, изминат от откриването на структурата на двойната спирала на ДНК до дешифрирането на генетичния  код е толкова криволичещ, че хронологичното му представяне би изглеждало твърде объркано. Възможни са два подхода за решаване  на проблема с ролята на гените в синтеза на белтъците: при единия, който е вдъхновен от генетиката, изследователите се опитват да определят от структурата на ДНК (и от действието на гените в клетката) ролята й в синтеза на белтъците.

При другия, по-биохимичния, те се опитват да създадат безклетъчни системи, способни да синтезират белтъци. Вторият, изследователски подход е този, който довежда до дешифрирането на генетичния код.

В многобройните произведения на Уотсън и Крик прозира идеята, че откриването на структурата на ДНК почти естествено налага поясняването за генетичния код. Според тази хипотеза  последователността на  нуклеотидите  (базите) в ДНК „кодира“ различни аминокиселини, чието свързване във верига довежда до образуването на белтъци.

Във втората си статия от 30.05.1953 година Уотсън и Крик Наистина пишат, че точната последователност на базите е кодът, който носи генетичната информация. Това изречение само отразява разпространението на термините и понятията код и информация сред молекулярните  биолози. То не означава, че Крик и Уотсън са имали ясна представа за съществуването на генетичен код.

Доказателството за това е, че тези двама учени са били изненадани, когато след излизането на статиите им в Nature получават писмо от американския физик Джордж Гамов, който им изпраща конкретно предложение за генетичен код, за пряката връзка между базите и аминокиселините.

Идеята на Гамов е, че в двойната спирала на ДНК съществуват известен брой различно структурирани кухини, съответстващи на природата на заобикалящите нуклеотиди. Тези кухини, двадесет на брой, биха могли да „поемат“ в себе си аминокиселини. Не оставало нищо друго, освен да се свържат с ковалентни връзки различните аминокиселини така, че на дадена последователност от тези бази  да  съответства един белтък.

Писмото на Гамов има двоен ефект върху Уотсън и Крик: първата им реакция била да се опитат да покажат, че Гамов греши. Слабата страна на модела му бил изборът на двадесетте аминокиселини. Някоя от тях се откриват във всички белтъци, други – само в някои от тях и вероятно произлизат от модификация на други аминокиселини не бил възможно най-добрият. Френсис Крик, който много години е работил в областта на белтъците, предлага друг списък на двадесетте основни аминокиселини.

Направеният от Гамов подбор на основни и производни аминокиселини не бил най-добрият. Френсис и Крик, който много години е работил в областта на белтъците, предлага друг списък на 20 основни аминокиселини, който, учудващо, по-късно  се оказва правилният.

Полученият от Гамов урок въпреки всички дава своите плодове. Крик приема идеята  за генетичния код, за генетичния код, за връзката между нуклеотидите и аминокиселините. Примерът на Гамов подсказва, че генетичният код вероятно би могъл да бъде дешифриран , само по теоретичен път, без да се провеждат експерименти, без да трябва  да бъдат изучавани всички междинни биохимични етапи, водещи от ДНК до белтъците.

При предложения от Гамов код всяка съвкупност от три бази, наречена триплет, кодира една различна аминокиселина , но триплетите  съответстващи на последователни киселини, си припокриват. Подобен вид код ограничава броя на възможните аминокиселинни последователности. Малкото известни вече белтъчни последователности. Малкото известни вече белтъчни последователности позволяват на Уотсън и Крик да отхвърлят този код.

Джордж Гамов и Мартинас Икас тогава въвеждат друг вид код, "комбинация код", при който подреждането на базите няма значение, единствено важно е тяхното комбиниране на четири обекта, а в случая  четирите бази, взети три по три. Физически обаче трудно се възприемало как клетъчната машинария би могла да разпознае  дадена комбинация.

Френсис Крик и Лесли Оргел през 1957 г. предлагат елегантно решение на тези два проблема. Ако се приеме хипотезата, че всеки нуклеотиден триплет, прочетен в правилната „рамка“ на четене, кодира една аминокиселина, и че ако се чете с отместване на една база всичките триплети губят смисъла си, може да покаже, че само 20 триплета са смислени. Това изключително съвпадение на броя на намерените кодони и броя на аминокиселините изглежда "толкова добре, че не би могло да не е вярно".