Was ist der genetische Code und wie funktioniert er?

Egal wie viel morphologische Vielfalt wir Lebewesen aufweisen, wir alle sind unter einem Dach vereint: Unsere grundlegende Funktionseinheit ist die Zelle. Besitzt ein Lebewesen eine Zelle, auf der seine gesamte morphologische Struktur beruht, wird sie als einzellig bezeichnet (der Fall von Protozoen oder Bakterien), während diejenigen von uns mit mehreren (von einigen Hundert bis Hunderten von Milliarden) vielzellige Wesen sind.

Jeder Organismus geht also von der Zelle aus und daher werden einige molekulare Einheiten wie Viren aus biologischer Sicht nicht als strikt „lebendig“ betrachtet. Studien haben wiederum gezeigt, dass jede Zelle satte 42 Millionen Proteinmoleküle enthält. Daher überrascht es nicht, dass geschätzt wird, dass 50 % des Gewichts von lebenden Trockengeweben ausschließlich aus Proteinen bestehen.

Warum stellen wir all diese scheinbar nicht zusammenhängenden Daten zur Verfügung? Heute kommen wir, um das Geheimnis des Lebens zu lüften: der genetische Code. So mysteriös es auf den ersten Blick erscheinen mag, wir versichern Ihnen, dass Sie dieses Konzept sofort verstehen werden. Zellen, Proteine ​​und DNA sind das Ding. Bleiben Sie, um es herauszufinden.

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Was ist der genetische Code?

Fangen wir klar und prägnant an: Der genetische Code ist nichts anderes als die Anweisungen, die der Zelle sagen, wie sie ein bestimmtes Protein herstellen soll. Wir haben bereits in früheren Zeilen gesagt, dass Proteine ​​die wesentliche Struktureinheit von Geweben sind lebendig, weshalb wir nicht mit einer anekdotischen Frage konfrontiert sind: Ohne Proteine ​​gibt es kein Leben, also einfach.

Die Merkmale des genetischen Codes wurden 1961 von Francis Crick, Sydney Brenner und anderen zusammenarbeitenden Molekularbiologen festgestellt. Dieser Begriff basiert auf einer Reihe von Prämissen, aber zuerst müssen wir bestimmte Begriffe klären, um sie zu verstehen. Tue es:

• DNA: Nukleinsäure, die die genetischen Anweisungen enthält, die bei der Entwicklung und Funktion aller existierenden lebenden Organismen verwendet werden.
• RNA: Nukleinsäure, die verschiedene Funktionen erfüllt, einschließlich der Steuerung der Zwischenstufen der Proteinsynthese.
• Nukleotide: die organischen Moleküle, die zusammen die DNA- und RNA-Ketten von Lebewesen bilden.
• Codon oder Triplett: Alle 3 Aminosäuren, die RNA bilden, bilden ein Codon, d. h. ein Triplett der genetischen Information.
• Aminosäure: organische Moleküle, die in einer bestimmten Reihenfolge zu Proteinen führen. Im genetischen Code sind 20 Aminosäuren kodiert.

Die Grundlagen des genetischen Codes

Sobald wir uns über diese sehr grundlegenden Begriffe im Klaren sind, ist es an der Zeit, dies zu erkunden die Hauptmerkmale des genetischen Codes, der von Crick und seinen Kollegen erstellt wurde. Dies sind die folgenden:

• Der Code ist in Tripletts oder Codons organisiert: Alle drei Nukleotide (Codon oder Triplett) kodieren für eine Aminosäure.
• Der genetische Code ist degeneriert: Es gibt mehr Tripletts oder Codons als Aminosäuren. Dies bedeutet, dass eine Aminosäure normalerweise von mehr als einem Triplett kodiert wird.
• Der genetische Code überlappt nicht: Ein Nukleotid gehört nur zu einem einzigen Triplett. Das heißt, ein spezifisches Nukleotid befindet sich nicht gleichzeitig in zwei Codons.
• Die Lesung ist "ohne Kommas": Wir möchten keine zu komplexe Terminologie verwenden, also sagen wir, dass es keine "Leerzeichen" zwischen den Codons gibt.
• Der nukleare genetische Code ist universell: Das gleiche Triplett in verschiedenen Spezies kodiert für die gleiche Aminosäure.

Den genetischen Code entschlüsseln

Wir haben bereits die terminologischen Grundlagen und die theoretischen Säulen. Jetzt ist es an der Zeit, sie in die Praxis umzusetzen. Das verraten wir euch erstmal Jedes Nukleotid erhält einen Namen basierend auf einem Buchstaben, der durch die Stickstoffbase, die es präsentiert, bedingt ist. Die stickstoffhaltigen Basen sind die folgenden: Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G), Thymin (T) und Uracil (U). Adenin, Cytosin und Guanin sind universell, während Thymin einzigartig für DNA und Uracil für RNA einzigartig ist. Wenn Sie dies sehen, was bedeutet das Ihrer Meinung nach?:

CCT

CPU

Es ist an der Zeit, die oben beschriebenen Begriffe wiederherzustellen. CCT ist Teil einer DNA-Kette, dh 3 verschiedene Nukleotide: eines mit der Cytosin-Base, ein weiteres mit der Cytosin-Base und ein weiteres mit der Thymin-Base. Im zweiten fettgedruckten Fall handelt es sich um ein Codon, da es sich um die „taduziierte“ DNA-Erbinformation (also Uracil, wo früher Thymin war) in einer RNA-Kette handelt.

Somit können wir bestätigen, dass CPU ist ein Codon, das für die Aminosäure Prolin kodiert. Wie bereits erwähnt, ist der genetische Code degeneriert. Somit wird die Aminosäure Prolin auch von anderen Codons mit unterschiedlichen Nukleotiden kodiert: CCC, CCA, CCG. Die Aminosäure Prolin wird also von insgesamt 4 Codons oder Tripletts kodiert.

Es sollte beachtet werden, dass nicht die 4 Codons benötigt werden, um die Aminosäure zu codieren, sondern dass eines davon gültig ist. Im Allgemeinen, essentielle Aminosäuren werden von 2,3,4 oder 6 verschiedenen Codons kodiert, außer Methionin und Tryptophan die jeweils nur auf einen antworten.

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Warum so viel Komplexität?

Machen wir Berechnungen. Würde jedes Codon von nur einem Nukleotid kodiert, könnten nur 4 verschiedene Aminosäuren gebildet werden. Dies würde die Proteinsynthese zu einem unmöglichen Prozess machen, da im Allgemeinen jedes Protein aus etwa 100-300 Aminosäuren besteht. Der genetische Code enthält nur 20 Aminosäuren, aber diese können entlang des "Fließbandes" auf unterschiedliche Weise angeordnet werden, um die verschiedenen Proteine ​​​​zu erzeugen, die in unseren Geweben vorhanden sind.

Auf der anderen Seite, wenn jedes Codon aus zwei Nukleotiden bestehen würde, würde die Gesamtzahl der möglichen "Diplets" 16 betragen. Wir sind noch weit vom Ziel entfernt. Wenn nun jedes Codon aus drei Nukleotiden bestehen würde (wie es der Fall ist), würde sich die Anzahl der möglichen Permutationen auf 64 erhöhen. In Anbetracht der Tatsache, dass es 20 essentielle Aminosäuren gibt, gibt es mit 64 Codons, jede davon zu codieren und vor allem unterschiedliche Variationen anzubieten.

Ein angewandter Look

Wir haben keinen Platz mehr, aber es ist wirklich komplex, so viele Informationen in wenigen Zeilen zu konzentrieren. Folgen Sie uns im folgenden Diagramm, denn wir versprechen, dass das Schließen all dieses terminologischen Konglomerats viel einfacher ist, als es scheint:

CCT (DNA) → CCU (RNA) → Prolin (Ribosom)

Dieses kleine Diagramm drückt Folgendes aus: Die zelluläre DNA enthält die 3 Nukleotide CCT, kann aber die genetische Information nicht „ausdrücken“, da sie von der zellulären Maschinerie in ihrem Kern isoliert ist. Daher ist das RNA-Polymerase-Enzym für die TRANSKRIBIERUNG (ein als Transkription bekannter Prozess) der DNA-Nukleotide in RNA-Nukleotide verantwortlich, die die Boten-RNA bilden.

Jetzt haben wir das CCU-Codon in der Boten-RNA, das aus dem Zellkern durch seine Poren zum Zytosol wandert, wo sich die Ribosomen befinden. Zusammenfassend können wir das sagen Messenger-RNA gibt diese Information an das Ribosom, die "versteht", dass die Aminosäure Prolin der bereits aufgebauten Aminosäuresequenz hinzugefügt werden muss, um ein spezifisches Protein zu erzeugen.

Wie bereits erwähnt, besteht ein Protein aus etwa 100-300 Aminosäuren. Somit wird jedes Protein, das in der Größenordnung von 300 Aminosäuren gebildet wird, von insgesamt 900 Tripletts (300x3) oder, wenn Sie es bevorzugen, von 2.700 Nukleotiden (300x3x3) kodiert. Stellen Sie sich nun jeden der Buchstaben in jedem der 2.700 Nukleotide vor, etwa so: AAAUCCCCGGUGAUUUAUAAGG (...) Es ist diese Anordnung, diese Ansammlung von Briefen, die wirklich das ist genetischer Code. Einfacher als es zunächst schien, oder?

Fortsetzen

Wenn Sie einen molekularbiologisch interessierten Biologen nach dem genetischen Code fragen, werden Sie sicher 4-5 Stunden lang ein Gespräch führen. Es ist wirklich faszinierend zu wissen, dass das Geheimnis des Lebens, so unwirklich es erscheinen mag, in einer bestimmten Abfolge von "Buchstaben" enthalten ist.

So dass, Mit diesen 4 Buchstaben kann das Genom jedes Lebewesens kartiert werden. Laut dem Humangenomprojekt besteht beispielsweise die gesamte genetische Information unserer Spezies aus 3.000 Millionen Basenpaare (Nukleotide), die auf den 23 Chromosomenpaaren im Kern all unserer Zellen. Natürlich haben wir alle, egal wie unterschiedlich Lebewesen sind, eine gemeinsame „Sprache“.

Bibliographische Referenzen:

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• Asimov, I., & de la Fuente, A. m. (1982). Der genetische Code (Nr. Sirsi) i9789688561034). Plaza & Janes.
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• Genetischer Code: Merkmale und Entschlüsselung, Universität Complutense Madrid (UCM). Erholt von: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
• Der genetische Code, Khanacademy.org. Erholt von: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
• Es ist offiziell: In jeder Zelle befinden sich 42 Millionen Proteinmoleküle, europapress.com. Erholt von: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
• Lee, T. F. (1994). Das Humangenomprojekt: Den genetischen Code des Lebens brechen (Nr. Sirsi) i9788474325072).