Какъв е генетичният код и как работи?

Без значение колко морфологично разнообразие присъстваме ние, живите същества, всички сме обединени под един и същ чадър: нашата основна функционална единица е клетката. Ако живо същество има клетка, върху която се основава цялата му морфологична структура, то е известно като едноклетъчно (случаят на протозои или бактерии), докато тези от нас с няколко (от няколкостотин до стотици милиарди) са многоклетъчни същества.

По този начин всеки организъм започва от клетката и следователно някои молекулни образувания като вируси не се считат за строго „живи“ от биологична гледна точка. На свой ред проучванията характеризират, че всяка клетка съдържа огромен 42 милиона протеинови молекули. Следователно не е изненадващо, че 50% от теглото на сухите живи тъкани се изчислява само от протеини.

Защо предоставяме всички тези привидно несвързани данни? Днес идваме да разкрием тайната на живота: генетичния код. Колкото и загадъчно да изглежда на пръв поглед, уверяваме ви, че веднага ще разберете тази концепция. Работата е в клетките, протеините и ДНК. Останете да разберете.

• Свързана статия: „Разлики между ДНК и РНК“

Какъв е генетичният код?

Нека започнем ясно и кратко: генетичният код не е нищо повече от набор от инструкции, които казват на клетката как да произвежда специфичен протеин. Вече казахме в предишните редове, че протеините са съществената структурна единица на тъканите жив, поради което не сме изправени пред анекдотичен въпрос: без протеини няма живот, така че просто.

Характеристиките на генетичния код са установени през 1961 г. от Франсис Крик, Сидни Бренер и други сътрудничещи молекулярни биолози. Този термин се основава на поредица от предпоставки, но първо трябва да изясним определени термини, за да ги разберем. Направи го:

• ДНК: нуклеинова киселина, която съдържа генетичните инструкции, използвани при развитието и функционирането на всички съществуващи живи организми.
• РНК: нуклеинова киселина, която изпълнява различни функции, включително насочване на междинните етапи на протеинов синтез.
• Нуклеотиди: органичните молекули, които заедно пораждат ДНК и РНК веригите на живите същества.
• Кодон или триплет: на всеки 3 аминокиселини, които образуват РНК, образуват кодон, тоест триплет от генетична информация.
• Аминокиселина: органични молекули, които в определен ред пораждат протеини. 20 аминокиселини са кодирани в генетичния код.

Основите на генетичния код

След като сме наясно с тези основни термини, е време да проучим основните характеристики на генетичния код, установен от Крик и неговите колеги. Това са следните:

• Кодът е организиран в триплети или кодони: всеки три нуклеотида (кодон или триплет) кодира аминокиселина.
• Генетичният код е дегенериран: има повече триплети или кодони, отколкото аминокиселини. Това означава, че аминокиселината обикновено се кодира от повече от един триплет.
• Генетичният код не се припокрива: нуклеотид принадлежи само на един триплет. Тоест, специфичен нуклеотид не е в два кодона едновременно.
• Четенето е „без запетаи“: не искаме да си навлечем твърде сложна терминология, затова ще кажем, че между кодоните няма „интервали“.
• Ядреният генетичен код е универсален: един и същ триплет в различни видове кодове за една и съща аминокиселина.

Разгадаване на генетичния код

Вече имаме терминологичните основи и теоретичните стълбове. Сега е време да ги приложим на практика. На първо място, ще ви кажем това Всеки нуклеотид получава име въз основа на буква, което е обусловено от азотната основа, която той представя. Азотните основи са следните: аденин (А), цитозин (С), гуанин (G), тимин (Т) и урацил (U). Аденинът, цитозинът и гуанинът са универсални, докато тиминът е уникален за ДНК, а урацилът е уникален за РНК. Ако видите това, какво мислите, че означава?:

CCT

CCU

Време е да възстановим описаните по-горе условия. CCT е част от ДНК верига, т.е. 3 различни нуклеотида: един с цитозиновата основа, друг с цитозиновата основа и друг с тиминовата основа. Във втория случай с удебелени букви сме пред кодон, тъй като това е „тадуцираната“ ДНК генетична информация (следователно има урацил, където преди е имало тимин) във веригата на РНК.

По този начин можем да потвърдим това CCU е кодон, който кодира аминокиселината пролин. Както казахме по-рано, генетичният код е дегенериран. По този начин аминокиселинният пролин се кодира и от други кодони с различни нуклеотиди: CCC, CCA, CCG. И така, аминокиселинният пролин е кодиран от общо 4 кодона или триплета.

Трябва да се отбележи, че не че 4-те кодона са необходими за кодиране на аминокиселината, а че някой от тях е валиден. Общо взето, основни аминокиселини са кодирани от 2,3,4 или 6 различни кодона, с изключение на метионин и триптофан които отговарят само на всеки един.

• Може да се интересувате от: "Триптофан: характеристики и функции на тази аминокиселина"

Защо толкова сложност?

Нека направим изчисления. Ако всеки кодон е кодиран само от един нуклеотид, могат да се образуват само 4 различни аминокиселини. Това би направило синтеза на протеини невъзможен процес, тъй като като цяло всеки протеин се състои от около 100-300 аминокиселини. В генетичния код са включени само 20 аминокиселини, но те могат да бъдат подредени по различни начини по „монтажната линия“, за да се получат различните протеини, присъстващи в нашите тъкани.

От друга страна, ако всеки кодон е съставен от два нуклеотида, общият брой на възможните "диплети" би бил 16. Все още сме далеч от целта. Сега, ако всеки кодон се състои от три нуклеотида (какъвто е случаят), броят на възможните пермутации ще се увеличи до 64. Като се има предвид, че има 20 незаменими аминокиселини, с 64 кодона е възможно да се кодира всяка една от тях и отгоре да се предлагат различни вариации във всеки отделен случай.

Приложен поглед

Изчерпваме място, но наистина е сложно да концентрираме толкова много информация в няколко реда. Следвайте ни в следната схема, защото ви обещаваме, че затварянето на целия този терминологичен конгломерат е много по-лесно, отколкото изглежда:

CCT (ДНК) → CCU (РНК) → Пролин (рибозома)

Тази малка диаграма изразява следното: клетъчната ДНК съдържа 3 нуклеотида CCT, но тя не може да „изрази“ генетичната информация, тъй като е изолирана от клетъчния механизъм в ядрото си. Следователно, РНК полимеразният ензим е отговорен за ТРАНСКРИБИРАНЕ (процес, известен като транскрипция) на ДНК нуклеотидите в РНК нуклеотиди, които ще образуват пратената РНК.

Сега имаме CCU кодон в пратеника РНК, който ще излезе от ядрото през неговите пори към цитозола, където са разположени рибозомите. В обобщение можем да кажем това messenger РНК дава тази информация на рибозомата, което „разбира“, че аминокиселинният пролин трябва да бъде добавен към аминокиселинната последователност, която вече е изградена, за да се получи специфичен протеин.

Както вече казахме, протеинът се състои от около 100-300 аминокиселини. По този начин всеки протеин, образуван от порядъка на 300 аминокиселини, ще бъде кодиран от общо 900 триплета (300x3) или, ако предпочитате, от 2700 нуклеотида (300x3x3). Сега си представете всяка от буквите във всеки от 2700 нуклеотида, нещо като: AAAUCCCCGGUGAUUUAUAAGG (...) Именно тази подредба, тази конгломерация от писма, всъщност е генетичен код. По-лесно, отколкото изглеждаше в началото, нали?

Продължи

Ако попитате някой биолог, който се интересува от молекулярна биология за генетичния код, със сигурност ще имате разговор за около 4-5 часа. Истински очарователно е да се знае, че тайната на живота, колкото и нереална да изглежда, се съдържа в конкретна поредица от „писма“.

Така че, геномът на всяко живо същество може да бъде картографиран с тези 4 букви. Например, според проекта за човешкия геном, цялата генетична информация на нашия вид се състои от 3 000 милиона базови двойки (нуклеотиди), които се намират върху 23 двойки хромозоми в ядрото на всички наши клетки. Разбира се, колкото и различни да са живите същества, всички ние имаме общ „език“.

Библиографски справки:

• Какъв е генетичният код? genotipia.com. Възстановено от: https://genotipia.com/codigo-genetico/
• Азимов, И., & де ла Фуенте, А. М. (1982). Генетичният код (No. Sirsi) i9789688561034). Plaza & Janés.
• Генетичен код, Национален институт за изследване на човешкия геном. Възстановено от: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Codigo-genetico
• Генетичен код: характеристики и дешифриране, Университет Комплутенсе в Мадрид (UCM). Възстановено от: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
• Генетичният код, Khanacademy.org. Възстановено от: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
• Официално е: във всяка клетка има 42 милиона протеинови молекули, europapress.com. Възстановено от: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
• Лий, Т. F. (1994). Проектът за човешкия геном: разбиване на генетичния код на живота (No. Sirsi) i9788474325072).