Genetinis kodas: genetinių kodų charakteristikos ir išimtys

Perskaitykite šį straipsnį, kad sužinotumėte apie genetinį kodą: genetinių kodų charakteristikas ir išimtis

Nors DNR sudaro tik keturių tipų nukleotidai, pastarieji gali būti išdėstyti daugybe būdų. Taigi tik dešimties nukleotidų ilgio DNR grandinėje gali būti 4 ¹⁰ arba 1, 048, 576 tipų sruogų. Kadangi viena DNR molekulė turi kelis tūkstančius nukleotidų, į DNR gali būti įtrauktas neribotas specifiškumas.

Image Courtesy: wolfson.huji.ac.il/expression/vector/genetic_code.jpg

Yra glaudus ryšys tarp genų ir polipeptidų arba fermentų sintezės. Šiuolaikinėje terminologijoje genas reiškia DNR cistroną. Cistronas yra pagamintas iš daugelio nukleotidų. Nukleotidų ar jų azoto bazių išdėstymas yra susijęs su baltymų sinteze, įtakojant aminorūgščių įterpimą į juos. Ryšys tarp aminorūgščių sekos polipeptido ir DNR arba mRNR nukleotidų sekos yra vadinamas genetiniu kodu.

Yra viena problema. DNR yra tik keturių tipų azoto bazės arba nukleotidai, o aminorūgščių skaičius yra 20. Todėl, manoma, fizikas fizikas George'as Gamow'as veikia, kad veikia tripletinis kodas (susidedantis iš trijų gretimų bazių vienai aminorūgščiai). Kai kurie tyrimai padėjo iššifruoti genetinį kodą 1960-aisiais, pvz., Francis HC Crick, Severo Ochoa, Marshal W. Nirenberg, Hargobind Khorana ir JH Matthaei.

Severo Ochoa atrado polinukleotidų fosforilazę, kuri galėtų polimerizuoti ribonukleotidus, kad gautų RNR be jokių šablonų. „Hargobind Khorana“ sukūrė RNR molekulių sintezės metodą su gerai apibrėžtu bazių (homopolimerų ir kopolimerų) deriniu.

Maršalas Nirenbergas nustatė baltymų sintezės metodą ląstelėse. 1968 m. Nobelio premija buvo suteikta Holley, Nirenberg ir Khorana už darbą genetinio kodo ir jo darbo srityje. Įvairūs tyrimai, padėję iššifruoti tripletinį genetinį kodą, yra tokie:

1. Crick ir kt. (1961) pastebėjo, kad T4 bakteriofago DNR vieno ar dviejų bazinių porų ištrynimas arba pridėjimas sutrikdė normalų DNR funkcionavimą. Tačiau, kai buvo pridėtos trys bazinės poros arba ištrintos, trikdymas buvo minimalus.

2. Nirenbergas ir Matthaei (1961) teigė, kad vienas kodas (vienas aminorūgštis, nurodyta viename azoto pagrinde) gali nurodyti tik 4 rūgštis (4 ¹ ), tik dubletą kodą tik 16 (4 ² ), o tripletinis kodas gali nurodyti iki 64 amino rūgštys (4 ³ ). Kadangi yra 20 aminorūgščių, gali būti veikiamas tripleto kodas (trys azoto bazės vienai aminorūgščiai).

3. Nirenbergas (1961) paruošė keturių nukleotidų polimerus - UUUUUU .. (Polyuridylic acid), CCCCCC… (Polycytidylic acid), AAAAAA… (polyadenylic acid) ir GGGGGG… (Polygananylic acid). Jis pastebėjo, kad poli-U stimuliuoja polifenilanalino, poliprolino poli-C formavimąsi, o poli-A padėjo formuoti polisiliną. Tačiau poli-G neveikė (ji suformavo trigubą struktūrą, kuri neveikia vertimu). Vėliau nustatyta, kad GGG koduoja aminorūgščių gliciną.

4. Khoranos (1964) sintezuoti nukleotidų kopolimerai, tokie kaip UGUGUGUG…, ir pastebėjo, kad jie skatino polipeptidų, turinčių pakaitomis panašias aminorūgštis, kaip cisteino - valino - cisteino susidarymą. Tai įmanoma tik tada, jei trys gretimos nukleotidai nurodo vieną aminorūgštį (pvz., UGU) ir kitus tris antrojo amino rūgšties (pvz., GUG).

5. Triplet kodonai buvo patvirtinti in vivo kodono priskyrimu per:

i) aminorūgšties pakeitimo tyrimai

(ii) rėmo poslinkio mutacijos.

6. Lėtai buvo parengti visi kodonai (6.4 lentelė). Kai kurias aminorūgštis nurodo daugiau nei vienas kodonas. DNR ir mRNR kodų kalbos yra viena kitą papildančios. Taigi du fenilalanino kodonai yra UUU ir UUC mRNR atveju, kai jie yra AAA ir AAG DNR. Paprastai genetinis kodas reiškia mRNR kalbą. Taip yra todėl, kad citoplazminės sudedamosios dalys gali skaityti kodą iš mRNR, o ne DNR, esančios branduolyje.

Charakteristikos:

1. Triplet kodas:

Trys gretimos azoto bazės sudaro kodoną, kuris nurodo vienos aminorūgšties įterpimą į polipeptidą.

2. Pradžios signalas:

Polipeptidų sintezę signalizuoja du inicijavimo kodonai - paprastai AUG arba metionino kodonas ir rafdly GUG arba valino kodonas. Jie turi dvi funkcijas.

3. Stop signalas:

Polipeptidų grandinės nutraukimą signalizuoja trys galiniai kodonai - UAA (okkeras), UAG (gintaras) ir UGA (opalas). Jie nenurodo jokios aminorūgšties ir todėl jie taip pat vadinami nesąmonėmis.

4. Universalus kodas:

Genetinis kodas taikomas visuotinai, ty kodonas nurodo tą pačią aminorūgštį nuo viruso iki medžio ar žmogaus. Taigi, Escherichia coli įvestas paukščių kiaušialąstės mRNR bakterijoje sukelia ovalbuminą, tiksliai panašią į viščiukų formą.

5. Neaiškūs kodai:

Vienas kodonas nurodo tik vieną amino rūgštį, o ne kitą.

6. Susiję kodai:

Panašių savybių turinčios amino rūgštys turi susijusių kodonų, pvz., Aromatinių amino rūgščių triptofano (UGG), fenilalanino (UUC, UUU), tirozino (UAC, UAU).

7. Komanda:

Genetinis kodas yra nepertraukiamas ir po tripletų neturi pauzių. Jei nukleotidas ištrinamas arba pridedamas, visas genetinis kodas bus skaitomas kitaip. Taigi polipeptidas, turintis 50 aminorūgščių, turi būti nurodomas linijine 150 nukleotidų seka. Jei šio sekos viduryje yra pridėtas arba ištrintas nukleotidas, pirmos 25 polipeptido aminorūgštys bus tokios pačios, bet kitos 25 aminorūgštys bus gana skirtingos.

8. Poliškumas:

Genetinis kodas turi poliškumą. MRNR kodas skaitomas nuo 5 ′ -> 3 ′ krypties.

9. Kodas be sutapimo:

Azoto bazę nurodo tik vienas kodonas.

10. Kodekso degeneracija:

Kadangi yra 64 tripletiniai kodonai ir tik 20 aminorūgščių, kai kurių aminorūgščių įtraukimą turi paveikti daugiau nei vienas kodonas. Vienintelius kodonus nurodo tik triptofanas (UGG) ir metioninas (AUG). Visos kitos aminorūgštys nurodomos dviem (pvz., Fenilalaninas - UUU, UUC) iki šešių (pvz., Arginino-CGU, CGC, CGA, CGG AGA, AGG) kodonų.

Pastarieji vadinami degeneruotais arba pertekliniais kodonais. Degeneruotuose kodonuose paprastai pirmosios dvi azoto bazės yra panašios, o trečioji - skirtinga. Kadangi trečioji azoto bazė neturi jokio poveikio kodavimui, tai vadinama blauzdos padėtimi (Wobble hypothesis; Crick, 1966).

11. Colinearity:

Tiek polipeptidas, tiek DNR arba mRNR turi savo komponentų linijinį išdėstymą. Be to, tripletinių nukleotidų bazių seka DNR arba mRNR atitinka aminorūgščių seką polipeptide, pagamintame vadovaujant pirmosios. Kodono sekos keitimas taip pat sukelia panašų polipeptido aminorūgščių sekos pokytį.

12. Cistron-polipeptido paritetas:

DNR dalis, vadinama cistronu (= genas), nurodo tam tikro polipeptido susidarymą. Tai reiškia, kad genetinė sistema turi turėti tiek daug cistronų (= genų), kaip ir organizme randamų polipeptidų tipai.

Išimtys:

1. Įvairūs kodai:

Paramecium ir kai kuriuose kituose ciliantų terminonų kodonuose UAA ir UGA kodas yra glutaminas.

2. Sutampa genai:

ф x 174 yra 5375 nukleotidai, kurie koduoja 10 baltymų, kuriems reikia daugiau nei 6000 bazių. Trys jo genai E, В ir К sutampa su kitais genais. Nukleotidų seka E geno pradžioje yra geno D viduje. Panašiai genas К sutampa su A ir C genais. Panaši būklė aptinkama SV-40.

3. Mitochondrijų genai:

AGG ir AGA kodas, skirtas argininui, bet veikia kaip stabdymo signalai žmogaus mitochondrijoje. UGA, užbaigimo kodonas, atitinka triptofaną, o AUA (izoleucino kodonas) - metioninas žmogaus mitochondrijose.