Ποιος είναι ο γενετικός κώδικας και πώς λειτουργεί;

Ανεξάρτητα από το πόσο μορφολογική ποικιλομορφία έχουμε τα ζωντανά όντα, είμαστε όλοι ενωμένοι κάτω από την ίδια ομπρέλα: η βασική λειτουργική μας μονάδα είναι το κελί. Εάν ένα ζωντανό ον έχει ένα κύτταρο στο οποίο βασίζεται ολόκληρη η μορφολογική του δομή, είναι γνωστό ως μονοκύτταρο (η περίπτωση του πρωτόζωα ή βακτήρια), ενώ εκείνοι από εμάς με πολλά (από μερικές εκατοντάδες έως εκατοντάδες δισεκατομμύρια) είναι πολυκύτταρα όντα.

Έτσι, κάθε οργανισμός ξεκινά από το κύτταρο και, ως εκ τούτου, ορισμένες μοριακές οντότητες όπως οι ιοί δεν θεωρούνται αυστηρά «ζωντανοί» από βιολογική άποψη. Με τη σειρά τους, μελέτες έχουν χαρακτηρίσει ότι κάθε κύτταρο περιέχει 42 εκατομμύρια μόρια πρωτεΐνης. Επομένως, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι το 50% του βάρους των ξηρών ζωντανών ιστών εκτιμάται ότι αποτελείται αποκλειστικά από πρωτεΐνες.

Γιατί παρέχουμε όλα αυτά τα φαινομενικά άσχετα δεδομένα; Σήμερα ερχόμαστε να αποκαλύψουμε το μυστικό της ζωής: ο γενετικός κώδικας. Όσο μυστηριώδες και με την πρώτη ματιά, σας διαβεβαιώνουμε ότι θα καταλάβετε αμέσως αυτήν την ιδέα. Τα κύτταρα, οι πρωτεΐνες και το DNA είναι το πράγμα. Μείνετε για να μάθετε.

• Σχετικό άρθρο: "Διαφορές μεταξύ DNA και RNA"

Ποιος είναι ο γενετικός κώδικας;

Ας ξεκινήσουμε ξεκάθαρα και συνοπτικά: ο γενετικός κώδικας δεν είναι τίποτα περισσότερο από το σύνολο οδηγιών που λένε στο κύτταρο πώς να φτιάξει μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη. Έχουμε ήδη πει σε προηγούμενες γραμμές ότι οι πρωτεΐνες είναι η βασική δομική μονάδα των ιστών ζωντανός, γι 'αυτό δεν αντιμετωπίζουμε ένα ανεκδοτικό ερώτημα: χωρίς πρωτεΐνες δεν υπάρχει ζωή, έτσι απλός.

Τα χαρακτηριστικά του γενετικού κώδικα καθορίστηκαν το 1961 από τους Francis Crick, Sydney Brenner και άλλους συνεργαζόμενους μοριακούς βιολόγους. Αυτός ο όρος βασίζεται σε μια σειρά εγκαταστάσεων, αλλά πρώτα πρέπει να διευκρινίσουμε ορισμένους όρους για να τους κατανοήσουμε. Καν 'το:

• DNA: νουκλεϊκό οξύ που περιέχει τις γενετικές οδηγίες που χρησιμοποιούνται στην ανάπτυξη και λειτουργία όλων των υπαρχόντων ζωντανών οργανισμών.
• RNA: νουκλεϊκό οξύ που εκτελεί διάφορες λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της καθοδήγησης των ενδιάμεσων σταδίων της πρωτεϊνικής σύνθεσης.
• Νουκλεοτίδια: τα οργανικά μόρια που, μαζί, δημιουργούν τις αλυσίδες DNA και RNA ζωντανών όντων.
• Codon ή triplet: κάθε 3 αμινοξέα που σχηματίζουν RNA σχηματίζουν ένα κωδικόνιο, δηλαδή ένα τρίδυμο γενετικών πληροφοριών.
• Αμινοξύ: οργανικά μόρια που, σε μια συγκεκριμένη σειρά, δημιουργούν πρωτεΐνες. 20 αμινοξέα κωδικοποιούνται στον γενετικό κώδικα.

Οι βάσεις του γενετικού κώδικα

Μόλις είμαστε ξεκάθαροι για αυτούς τους πολύ βασικούς όρους, είναι καιρός να εξερευνήσουμε τα κύρια χαρακτηριστικά του γενετικού κώδικα, που καθιερώθηκε από τον Crick και τους συναδέλφους του. Αυτά είναι τα ακόλουθα:

• Ο κώδικας είναι οργανωμένος σε τρίδυμα ή κωδικόνια: κάθε τρία νουκλεοτίδια (κωδικόνιο ή τρίδυμα) κωδικοποιεί ένα αμινοξύ.
• Ο γενετικός κώδικας είναι εκφυλισμένος: υπάρχουν περισσότερα τρίδυμα ή κωδικόνια από ό, τι υπάρχουν αμινοξέα. Αυτό σημαίνει ότι ένα αμινοξύ συνήθως κωδικοποιείται από περισσότερα από ένα τρίδυμα.
• Ο γενετικός κώδικας δεν αλληλεπικαλύπτεται: ένα νουκλεοτίδιο ανήκει μόνο σε ένα μόνο τρίδυμο. Δηλαδή, ένα συγκεκριμένο νουκλεοτίδιο δεν είναι ταυτόχρονα σε δύο κωδικόνια.
• Η ανάγνωση είναι «χωρίς κόμματα»: δεν θέλουμε να υποστεί πολύ περίπλοκη ορολογία, επομένως θα πούμε ότι δεν υπάρχουν «κενά» μεταξύ των κωδικονίων.
• Ο πυρηνικός γενετικός κώδικας είναι καθολικός: το ίδιο τρίδυμο σε διαφορετικά είδη κωδικοποιεί το ίδιο αμινοξύ.

Αναλύοντας τον γενετικό κώδικα

Έχουμε ήδη τις ορολογικές βάσεις και τους θεωρητικούς πυλώνες. Τώρα ήρθε η ώρα να τα εφαρμόσουμε. Πρώτα απ 'όλα, θα σας πούμε αυτό Κάθε νουκλεοτίδιο λαμβάνει ένα όνομα βασισμένο σε ένα γράμμα, το οποίο εξαρτάται από την αζωτούχο βάση που παρουσιάζει. Οι αζωτούχες βάσεις είναι οι εξής: αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), γουανίνη (G), θυμίνη (Τ) και ουρακίλη (U). Η αδενίνη, η κυτοσίνη και η γουανίνη είναι καθολικές, ενώ η θυμίνη είναι μοναδική στο DNA και η ουρακίλη είναι μοναδική στο RNA. Εάν το βλέπετε αυτό, τι νομίζετε ότι σημαίνει;

CCT

CCU

Είναι καιρός να ανακτήσετε τους όρους που περιγράφονται παραπάνω. Το CCT είναι μέρος μιας αλυσίδας DNA, δηλαδή 3 διαφορετικών νουκλεοτιδίων: ένα με τη βάση κυτοσίνης, ένα άλλο με τη βάση κυτοσίνης και ένα άλλο με τη βάση θυμίνης. Στη δεύτερη περίπτωση με έντονα γράμματα βρισκόμαστε μπροστά από ένα κωδικόνιο, δεδομένου ότι είναι οι «ταχυκαρδιωμένες» γενετικές πληροφορίες DNA (εξ ου και υπάρχει μια ουρακίλη όπου υπήρχε θυμίνη) σε μια αλυσίδα RNA.

Έτσι, μπορούμε να το επιβεβαιώσουμε CCU είναι ένα κωδικόνιο που κωδικοποιεί το αμινοξύ προλίνη. Όπως είπαμε προηγουμένως, ο γενετικός κώδικας είναι εκφυλισμένος. Έτσι, η αμινοξική προλίνη κωδικοποιείται επίσης από άλλα κωδικόνια με διαφορετικά νουκλεοτίδια: CCC, CCA, CCG. Έτσι, το αμινοξύ προλίνη κωδικοποιείται από συνολικά 4 κωδικόνια ή τρίδυμα.

Πρέπει να σημειωθεί ότι δεν είναι απαραίτητα τα 4 κωδικόνια για την κωδικοποίηση του αμινοξέος, αλλά ότι οποιοδήποτε από αυτά είναι έγκυρο. Γενικά, τα απαραίτητα αμινοξέα κωδικοποιούνται από 2,3,4 ή 6 διαφορετικά κωδικόνια, εκτός από τη μεθειονίνη και την τρυπτοφάνη που ανταποκρίνονται μόνο σε καθένα.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Τρυπτοφάνη: χαρακτηριστικά και λειτουργίες αυτού του αμινοξέος"

Γιατί τόσο μεγάλη πολυπλοκότητα;

Ας κάνουμε υπολογισμούς. Εάν κάθε κωδικόνιο κωδικοποιούταν από ένα μόνο νουκλεοτίδιο, μπορούσαν να σχηματιστούν μόνο 4 διαφορετικά αμινοξέα. Αυτό θα έκανε τη σύνθεση πρωτεϊνών μια αδύνατη διαδικασία, καθώς γενικά κάθε πρωτεΐνη αποτελείται από περίπου 100-300 αμινοξέα. Υπάρχουν μόνο 20 αμινοξέα που περιλαμβάνονται στον γενετικό κώδικα, αλλά αυτά μπορούν να τακτοποιηθούν με διαφορετικούς τρόπους κατά μήκος της «γραμμής συναρμολόγησης» για να δημιουργήσουν τις διαφορετικές πρωτεΐνες που υπάρχουν στους ιστούς μας.

Από την άλλη πλευρά, εάν κάθε κωδικόνιο αποτελείται από δύο νουκλεοτίδια, ο συνολικός αριθμός πιθανών «διπλωτών» θα είναι 16. Είμαστε ακόμη μακριά από τον στόχο. Τώρα, εάν κάθε κωδικόνιο αποτελείται από τρία νουκλεοτίδια (όπως συμβαίνει), ο αριθμός των πιθανών μεταβολών θα αυξηθεί σε 64. Λαμβάνοντας υπόψη ότι υπάρχουν 20 απαραίτητα αμινοξέα, με 64 κωδικόνια είναι δυνατόν να κωδικοποιηθεί καθένα από αυτά και, στην κορυφή, να προσφέρουν διαφορετικές παραλλαγές σε κάθε περίπτωση.

Μια εφαρμοσμένη εμφάνιση

Λείπει ο χώρος, αλλά είναι πολύ περίπλοκο να συγκεντρώνουμε τόσες πολλές πληροφορίες σε μερικές γραμμές. Ακολουθήστε μας στο παρακάτω διάγραμμα, γιατί σας υποσχόμαστε ότι το κλείσιμο όλων αυτών των ορολογικών συγκροτημάτων είναι πολύ πιο εύκολο από ό, τι φαίνεται:

CCT (DNA) → CCU (RNA) → Προλίνη (ριβόσωμα)

Αυτό το μικρό διάγραμμα εκφράζει τα εξής: το κυτταρικό DNA περιέχει τα 3 νουκλεοτίδια CCT, αλλά δεν μπορεί να «εκφράσει» τις γενετικές πληροφορίες, καθώς είναι απομονωμένο από τα κυτταρικά μηχανήματα στον πυρήνα του. Επομένως, το ένζυμο πολυμεράσης RNA είναι υπεύθυνο για τη μετάφραση (μια διαδικασία γνωστή ως μεταγραφή) των νουκλεοτιδίων DNA σε νουκλεοτίδια RNA, τα οποία θα σχηματίσουν το αγγελιοφόρο RNA.

Τώρα έχουμε το κωδικόνιο CCU στο αγγελιοφόρο RNA, το οποίο θα ταξιδέψει έξω από τον πυρήνα μέσω των πόρων του στο κυτοσόλιο, όπου βρίσκονται τα ριβοσώματα. Συνοπτικά, μπορούμε να το πούμε αυτό Το messenger RNA δίνει αυτές τις πληροφορίες στο ριβόσωμα, το οποίο "κατανοεί" ότι η αμινοξική προλίνη πρέπει να προστεθεί στην αλληλουχία αμινοξέων που έχει ήδη κατασκευαστεί για να δημιουργήσει μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη.

Όπως είπαμε προηγουμένως, μια πρωτεΐνη αποτελείται από περίπου 100-300 αμινοξέα. Έτσι, οποιαδήποτε πρωτεΐνη σχηματίζεται από την τάξη των 300 αμινοξέων θα κωδικοποιείται από συνολικά 900 τριπλάσια (300x3) ή, αν προτιμάτε, από 2.700 νουκλεοτίδια (300x3x3). Τώρα, φανταστείτε κάθε ένα από τα γράμματα σε κάθε ένα από τα 2.700 νουκλεοτίδια, κάτι σαν: AAAUCCCCGGUGAUUUAUAAGG (...) Είναι αυτή η ρύθμιση, αυτή η συγκέντρωση επιστολών, η οποία είναι πραγματικά η γενετικός κώδικας. Ευκολότερο από ό, τι φαινόταν στην αρχή, σωστά;

ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ

Εάν ρωτήσετε οποιονδήποτε βιολόγο που ενδιαφέρεται για τη μοριακή βιολογία σχετικά με τον γενετικό κώδικα, σίγουρα θα έχετε μια συζήτηση για περίπου 4-5 ώρες. Είναι πραγματικά συναρπαστικό να γνωρίζουμε ότι το μυστικό της ζωής, εξωπραγματικό όπως φαίνεται, περιέχεται σε μια συγκεκριμένη διαδοχή των «γραμμάτων».

Ετσι ώστε, το γονιδίωμα οποιουδήποτε ζωντανού όντος μπορεί να χαρτογραφηθεί με αυτά τα 4 γράμματα. Για παράδειγμα, σύμφωνα με το έργο του ανθρώπινου γονιδιώματος, όλες οι γενετικές πληροφορίες του είδους μας αποτελούνται από 3.000 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων (νουκλεοτίδια), τα οποία βρίσκονται στα 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων μέσα στον πυρήνα όλων μας κύτταρα. Φυσικά, ανεξάρτητα από το πόσο διαφορετικά είναι τα ζωντανά όντα, όλοι έχουμε μια κοινή «γλώσσα».

Βιβλιογραφικές αναφορές:

• Ποιος είναι ο γενετικός κώδικας; genotipia.com. Συνήλθα από: https://genotipia.com/codigo-genetico/
• Asimov, I., & de la Fuente, A. Μ. (1982). Ο γενετικός κωδικός (Αρ. Sirsi) i9789688561034). Plaza & Janés.
• Γενετικός κώδικας, Εθνικό Ινστιτούτο Ερευνών Ανθρώπινου Γονιδιώματος. Συνήλθα από: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Codigo-genetico
• Γενετικός κώδικας: χαρακτηριστικά και αποκρυπτογράφηση, Πανεπιστήμιο Complutense της Μαδρίτης (UCM). Συνήλθα από: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
• Ο Γενετικός Κώδικας, Khanacademy.org. Συνήλθα από: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
• Είναι επίσημο: υπάρχουν 42 εκατομμύρια μόρια πρωτεΐνης σε κάθε κύτταρο, europapress.com. Συνήλθα από: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
• Λι, Τ. ΦΑ. (1994). The Human Genome Project: σπάσιμο του γενετικού κώδικα ζωής (Αρ. Sirsi) i9788474325072).