После того как учёные установили ге­нетическую роль ДНК, возник вопрос: каким образом наследственная ин­формация записана в этой молекуле? И прежде всего необходимо было определить, что же представляет собой эта информация.

Вначале полагали, что молекула ДНК построена из регулярно повторя­ющихся сочетаний четырёх различных нуклеотидов, например ...АТГЦ АТГЦ АТГЦ... или ...ГАЦТ ГАЦТ ГАЦТ... Но эти взгляды оказались ошибочны­ми. Как следовало из экспериментов Чаргаффа, четыре основания содер­жатся в ДНК в различных количествах, но при этом количество А всегда рав­но количеству Т, а количество Г — ко­личеству Ц. В действительности нуклеотидная последовательность ДНК нерегулярная, но строго определённая. Вот так выглядит фрагмент последова­тельности ДНК кишечной палочки:

... ЦГААЦТАГТТААЦТАГТАЦГААГ... ...ГЦТТГАТЦААТТГАТЦАТГЦТТЦ...

Важная особенность двойной спи­рали ДНК состоит в том, что она со­храняет свою структуру независимо от последовательности нуклеотидов. Пос­ледовательность нуклеотидов не имеет значения для формирования структуры ДНК, поскольку она несёт генетиче­скую информацию. В этом заключает­ся основное отличие принципа постро­ения нуклеотидной цепи от принципа построения белковой цепи. У белков общая структура зависит от последова­тельности аминокислот, и именно общей структурой обусловлена биологи­ческая функция белка. Многообразие структур белков приводит к тому, что в клетке они выполняют самые разные функции. Набор белков, которые при­сутствуют в данном организме, обеспе­чивает его индивидуальность. Другими словами, генетическая информация, определяющая неповторимость любого организма, есть информация о после­довательности аминокислот в каждом из его белков. А содержится она в мо­лекуле ДНК. Итак, последовательность нуклеотидов в ДНК соответствует последовательности аминокислот в бел­ке. Это взаимное соответствие назы­вается генетическим колом. Самый простой вариант, когда каждый нуклеотид соответствует определённой аминокислоте, невозможен, посколь­ку нуклеотидов всего 4, а основных аминокислот — 20. Если для коди­рования одной аминокислоты исполь­зуются 2 нуклеотида, то возможно 16 сочетаний (4²=16), что также недо­статочно. Значит, нужны как минимум 3 нуклеотидных остатка. Это даёт уже 64 различные комбинации (4³=64). И действительно, эксперименты пока­зали, что каждую аминокислоту коди­рует группа из 3 нуклеотидов — так называемый колон.

После того как «трёхбуквенная» природа генетического кода стала очевидной, возникло много новых во­просов. Используются ли все 64 соче­тания для кодирования аминокислот или некоторые из них служат для дру­гих целей? Универсален ли генетиче­ский код, или каждый организм соз­даёт свой собственный? Ответить на эти вопросы удалось после экспери­ментов, которые провели американ­ские биохимики Маршалл Уоррен Ниренберг (родился в 1927 г.) и Хар Гобинд Корана (родился в 1922 г.). За решающий вклад в расшифровку гене­тического кода в 1968 г. они были удо­стоены Нобелевской премии.

Как выяснилось, генетический код обладает интересными особенностями. Во-первых, отсутствуют сигналы, ука­зывающие на конец одного кодона и начало другого, то есть последователь­ность нуклеотидов считывается непре­рывно, начиная с определённой точки. Если вдруг один нуклеотид окажется случайно пропущен, произойдёт сдвиг, и следующая за ним последователь­ность будет прочитана неправильно:

(Заглавными буквами здесь обозначе­на произвольная нуклеотидная после­довательность участка гена, каждые три буквы соответствуют одному кодону. Внизу приведена последователь­ность аминокислот (АК) белка — про­дукта этого гена.)

Во-вторых, 3 из 64 колонов не ко­дируют ни одну из известных аминокис­лот. Это особые кодоны, сигнализиру­ющие об окончании синтеза белковой цепи. Они называются стоп-сигналами. Кроме того, один из кодонов сигнали­зирует о начале синтеза белковой це­пи и одновременно обозначает амино­кислоту метионин. Поэтому молекулы всех белков начинают строиться с остатка метионина, который после за­вершения синтеза вырезается.

Третье важное свойство генети­ческого кода состоит в том, что кодоны обозначают одинаковые амино­кислоты у всех организмов: вирусов, бактерий, растений и животных. Это означает, что генетический код уни­версален.

Генетический код обладает и такой любопытной особенностью: одной ами­нокислоте может соответствовать бо­лее чем один кодон. Это свойство на­зывают вырожденностью генетического кода. Кодоны, определяющие одну и ту же аминокислоту, можно сравнить с си­нонимами в языке. В большинстве слу­чаев «синонимы» отличаются только последним основанием кодона.