Генетски код - биологија

На генетски код е правило според кое групи од три последователни нуклеобази во нуклеински киселини - наречени тројки или кодони - се преточуваат во аминокиселини. Овој превод, наречен превод, се одвива кога аминокиселините се врзуваат за разни трансфер на рибонуклеински киселини (tRNA), преку кои аминокиселините се распоредуваат или активираат за нивно составување во протеини.

Трансфер рибонуклеинските киселини се разликуваат во нивната нуклеотидна тројка лоцирана на истакната молекуларна локација, која се состои од три нуклеотиди, кои одговараат на нуклеотидите на одреден кодон (се комплементарни), значи трипартитно Антикодон форма. Кодон и антикодон се специфично совпаѓање и одредена аминокиселина им се доделува според генетскиот код. Аминокиселината за која се наоѓа кодонот што одговара на антикодонот на tRNA е врзана за секоја трансфер на рибонуклеинска киселина. На овој начин, преку специфичното врзување на аминокиселина со tRNA со антикодон предвиден за тоа со генетскиот код, симболот за одредена аминокиселина, кодонот, се преведува во аминокиселина пропишана со генетскиот код. Строго кажано, преводот веќе е содржан во структурата на различните типови tRNA: Секоја tRNA молекула содржи место за врзување на аминокиселини структурирано на таков начин што само аминокиселината што одговара на антикодонот на оваа tRNA според генетскиот код може да биде врзана за неа.

Откако аминокиселините ќе се врзат за tRNA, може да започне синтезата на протеинот дефиниран со низата кодони во деоксирибонуклеинска киселина (ДНК). Како предуслов за оваа синтеза, ДНК сегментот на генот прво се претвора во гласник рибонуклеинска киселина (mRNA) (транскрипција); после ова, одредени делови од оваа mRNA се намерно отстранети во еукариоти (спојување). Конечно, аминокиселините на tRNA кои се совпаѓаат со кодоните се поврзани за да формираат полипептиден ланец.

Сите чекори што следат по синтезата и спојувањето на mRNA до и вклучително и синтезата на протеините се означуваат како превод, бидејќи претворањето на тројната низа на ДНК во секвенца на аминокиселини станува јасно за време на синтезата на протеините. Вистинската примена на генетскиот код, преводот на кодон во аминокиселина, се одвива само кога аминокиселините се врзани за tRNA, т.е. кога аминокиселините се подготвени за склопување на протеините. Некои базични тројки не кодираат на аминокиселина. Овие се познати и како глупости кодони. Тие доведуваат до престанок на преводот, со што се завршува синтезата на протеините (стоп кодони).

Во основа, сите живи суштества користат ист генетски код. Најчестата верзија е дадена во следните табели. Тие покажуваат кои аминокиселини од 4 3 = 64 можни кодони кодирани и кои кодони ја кодираат секоја од 20-те канонски аминокиселини кои се користат во преводот. На пример, кодонот GAU се залага за аминокиселина Asp (аспартанска киселина), а Cys (цистеин) е кодиран од кодоните UGU и UGC. Основите што се користат во табелата се аденин, гванин, цитозин и урацил на mRNA; во ДНК, тимин се користи наместо урацил.

Приказна за откритието

Во првата половина на 1960-тите имаше одреден натпревар помеѓу биохемичарите за разбирање на генетскиот код. На 27.05.1961 година во 3 часот по полноќ, германскиот биохемичар Хајнрих Матаеи го постигна решавачкиот чекор напред во лабораторијата на Маршал Ниренберг со експериментот со поли-У: дешифрирање на кодон UUU за аминокиселината фенилаланин. Овој експеримент е опишан од некои генетичари како најважен во 20 век. Во 1966 година, пет години откако беше дешифриран првиот кодон, генетскиот код беше целосно дешифриран со сите 64 базни тројки.

Кодон

Кога Кодон едната ја опишува низата на три нуклеобази (базна тројка) на mRNA, која кодира аминокиселина во генетскиот код. Вкупно има 4 3 = 64 можни кодони, од кои три се глупости кодони, овие се користат за прекинување на преводот, останатите 61 ги кодираат 20-те канонски, протеиногени аминокиселини. Постојат неколку различни кодирања за многу аминокиселини. Кодирањето како тројка е сепак потребно, бидејќи со кодирање на двојно би се резултирале само 4 2 = 16 можни кодони, а со тоа немало доволно можности да се покријат сите 20 канонски аминокиселини.

Преводот започнува со кодон за почеток, но само ова не е доволно за да се започне процесот. Одредени секвенци на иницијација блиски до почетниот кодон се исто така неопходни за да се донесе транскрипцијата во mRNA и нејзиното врзување со рибозомот. Најважниот почетен кодон е AUG, кој исто така кодира метионин. CUG и UUG, како и GUG и AUU кај прокариоти, исто така работат, но со многу помала ефикасност. Првата аминокиселина е секогаш метионин.

Преводот завршува со еден од трите стоп кодони, кои се нарекуваат и глупости кодони. Првично, овие кодони добиле имиња - UAG е килибар (килибар), УГА е опал (опал), а УА е окер (окер), претстава за името на нејзиниот откривач (Харис Бернштајн).

Додека кодонот UGA најмногу се користи како запре се чита, ретко може и само под одредени услови се залага за 21-та аминокиселина: Селеноцистеин (Сек). Биосинтезата и механизмот на инкорпорирање на селеноцистеин во протеините е многу различен од оној на сите други аминокиселини: неговото вметнување бара нов чекор на превод во кој UGA се толкува поинаку во одредена околна околина и заедно со одредени кофактори. Ова бара структурно уникатна, специфична за селеноцистеин tRNA (tRNA Sec), која кај 'рбетниците може да се наполни со три различни, но поврзани аминокиселини: серин, селеноцистеин и фосфосерин.

Некои археи и бактерии користат UAG стоп кодон за 22-та протеиногена аминокиселина: пиролизин.

Дегенерација и прошка

Ако кодон е погрешно декодиран за време на преводот (се користи неправилна аминокиселина), структурата на произведениот протеин повеќе не е точна и тој повеќе не функционира како што е предвидено. Очигледно, многу рано во еволутивната историја, беше корисно генетскиот код да има одредена толеранција за грешки: тоа е она што е познато како код дегенериран Код, тоа значи дека семантичката единица е кодирана од неколку различни синтаксички симболи: минус стоп кодони, достапни се 61 различен кодон, но треба да се кодираат само 20 аминокиселини. Како што може да се види на горната табела, се користат неколку кодови за некои аминокиселини. Овие обично се разликуваат само во една од трите основи. (Ова ви дава минимално растојание во просторот за кодови, видете Растојание за зачувување.) Ако една од основите е прочитана погрешно, веројатноста дека сепак ќе се избере точната аминокиселина е сè уште 60%. Повеќето од засегнатите кодони, исто така, се разликуваат во третата („волна“) основа на кодон, што најчесто се чита погрешно за време на преводот.

Покрај тоа, аминокиселините кои се почести во протеините од другите имаат повеќе кодони кои ги кодираат.

Вреди да се одбележи дека карактерот на аминокиселина во голема мера се определува од средната позиција на тројка:

U (РНК)/Т (ДНК) - хидрофобна
C - поларно до неутрално
А - натоварен
G - наполнет, неутрален до поларен

Следува дека радикалните замени (замена за аминокиселини од различен карактер) се првенствено резултат на мутации во оваа втора позиција. Мутациите во првата, но особено во третата позиција („трепет“), од друга страна, често содржат аминокиселина или барем неговиот карактер „конзервативна замена“. Ако некој, исто така, земе во предвид дека транзициите (претворање на пурини или пиримидини во една друга) се случуваат почесто од трансверзиите (претворање на пурин во пиримидин и обратно; овој процес обично бара депуринација) од механистички причини, има друго објаснување за конзервативниот Карактер на кодот.

Потекло на генетскиот код

Зборот „генетски код“ е смислен од Ервин Шредингер во неговата книга „Was ist Leben?“ Од 1944 година. Тогашната точна локација на кодот сè уште беше нејасна.

Порано се веруваше дека генетскиот код настанал случајно. Во 1968 година, Френсис Крик сè уште го опиша тоа како „замрзната случајност“. Истражувањата од 2004 година сугерираат, сепак, дека тоа е резултат на ригорозна оптимизација во однос на толеранцијата на грешки. Грешките се особено сериозни за просторната структура на протеинот ако хидрофобноста на неправилно вметната аминокиселина значително се разликува од оригиналната. Во контекст на статистичка анализа, само 100 од милион случајни кодови се покажаа подобри од реалните. Ако се земат предвид дополнителни фактори при пресметувањето на толеранцијата на грешка, што одговара на типичните обрасци на мутации и грешки при читање, овој број е намален на 1 на 1 милион. [1]

Универзалност на кодот

Основен принцип

Забележително е дека генетскиот код е во принцип ист за сите живи суштества со неколку исклучоци, т.е. сите живи суштества користат ист „генетски јазик“. Бидејќи одреден кодон секогаш се залага за истата аминокиселина, можно е во генетскиот инженеринг, на пример, шверцувањето на генот за хуман инсулин во бактерии, така што тие потоа произведуваат инсулин. Овој принцип е познат како „универзалност на кодот“. Еволуцијата може да го објасни ова на таков начин што генетскиот код е формиран многу рано во развојната историја на животот, а потоа бил пренесен на сите видови во развој. Таквата генерализација не исклучува дека фреквенцијата на различни кодови зборови (т.н. употреба на кодон) може да се разликува помеѓу организмите.

Исклучоци

Исто така, постојат исклучоци од универзалноста на генетскиот код: На пример, во митохондриите (органели кои преобразуваат енергија во клетката), кои се претпоставува дека доаѓаат од симбиотски бактерии (теорија на ендосимбионт) и кои содржат свој генетски материјал (покрај ДНК на клеточното јадро), користи малку изменета форма на кодот.

Цилијатите, исто така, покажуваат отстапувања од стандардниот код: UAG, и често исто така UAA, код за глутамин; ова отстапување се наоѓа и кај некои зелени алги. УГА понекогаш се залага и за цистеин. Друга варијанта може да се најде во квасец Кандида, каде CUG кодира серин.

Понатаму, постојат некои варијанти на аминокиселини што ги користат бактериите (бактерии) и археите (археи); стоп кодонот UGA може, како што е опишано погоре, да го кодира селеноцистеинот и UAG пиролизинот. Не може да се исклучи дека постојат и други варијанти на кодирање кои сè уште не се откриени.

Во моментов има 16 познати отстапувања во доделувањето на аминокиселина на кодон (базна тројка на mRNA) од стандардниот код: