Mis on geneetiline kood ja kuidas see töötab?

Pole tähtis, kui palju morfoloogilist mitmekesisust meil elusolenditel on, oleme kõik ühendatud ühe katuse all: meie peamine funktsionaalne üksus on rakk. Kui elusolendil on rakk, millel kogu selle morfoloogiline struktuur põhineb, on see tuntud kui üherakuline ( algloomad või bakterid), samas kui paljud meist (mõnesajast kuni sadade miljarditeni) on paljurakulised olendid.

Seega saab iga organism alguse rakust ja seetõttu ei peeta mõnda molekulaarset üksust, näiteks viirusi, bioloogilisest vaatepunktist rangelt “elusaks”. Uuringud on omakorda iseloomustanud, et iga rakk sisaldab tohutult 42 miljonit valgu molekuli. Seetõttu pole üllatav, et hinnanguliselt koosneb 50% kuivade eluskudede massist ainult valkudest.

Miks me esitame kõik need pealtnäha mitteseotud andmed? Täna jõuame elu saladuse selgitamiseni: geneetiline kood. Nii salapärane kui see esmapilgul võib tunduda, kinnitame teile, et saate sellest kontseptsioonist kohe aru. Asi on rakkudes, valkudes ja DNA-s. Jää teada saama.

• Seotud artikkel: "Erinevused DNA ja RNA vahel"

Mis on geneetiline kood?

Alustame selgelt ja lühidalt: geneetiline kood pole midagi muud kui juhiste kogum, mis ütleb rakule, kuidas konkreetset valku valmistada. Oleme juba varasemates ridades öelnud, et valgud on kudede oluline struktuuriüksus elus, mistõttu me ei ole silmitsi anekdootliku küsimusega: ilma valkudeta pole elu, nii et lihtne.

Geneetilise koodi tunnused kehtestasid 1961. aastal Francis Crick, Sydney Brenner ja teised koostööd teinud molekulaarbioloogid. See termin põhineb rida ruumidel, kuid kõigepealt peame nende mõistmiseks teatud terminid selgitama. Tee seda:

• DNA: nukleiinhape, mis sisaldab geneetilisi juhiseid, mida kasutatakse kõigi olemasolevate elusorganismide arendamisel ja toimimisel.
• RNA: nukleiinhape, mis täidab erinevaid funktsioone, sealhulgas suunab valgusünteesi vaheetappe.
• Nukleotiidid: orgaanilised molekulid, mis koos põhjustavad elusolendite DNA ja RNA ahelaid.
• Kodon või triplett: iga 3 RNA moodustavat aminohapet moodustab koodoni, see tähendab geneetilise teabe kolmiku.
• Aminohape: orgaanilised molekulid, mis teatud järjekorras annavad valke. Geneetilises koodis on kodeeritud 20 aminohapet.

Geneetilise koodi alused

Kui need põhiterminid on selgeks tehtud, on meil aeg neid uurida geneetilise koodi põhijooned, mille on kehtestanud Crick ja tema kolleegid. Need on järgmised:

• Kood on korraldatud kolmikutesse või koodonitesse: iga kolme nukleotiidi (koodon või triplett) kodeeritakse aminohape.
• Geneetiline kood on degenereerunud: kolmikuid või koodoneid on rohkem kui aminohappeid. See tähendab, et aminohapet kodeerib tavaliselt rohkem kui üks triplett.
• Geneetiline kood ei kattu: nukleotiid kuulub ainult ühte tripletti. See tähendab, et spetsiifiline nukleotiid ei ole korraga kahes koodonis.
• Lugemine on "ilma komadeta": me ei soovi tekitada liiga keerukat terminoloogiat, seega ütleme, et koodonite vahel pole "tühikuid".
• Tuuma geneetiline kood on universaalne: sama triplett eri liikides kodeerib sama aminohapet.

Geneetilise koodi lahti harutamine

Meil on juba olemas terminoloogilised alused ja teoreetilised sambad. Nüüd on aeg neid praktikas rakendada. Kõigepealt ütleme teile seda Iga nukleotiid saab tähe põhjal nime, mille tingib tema esitatud lämmastikalus. Lämmastikulised alused on järgmised: adeniin (A), tsütosiin (C), guaniin (G), tümiin (T) ja uratsiil (U). Adeniin, tsütosiin ja guaniin on universaalsed, tümiin on omane ainult DNA-le ja uratsiil RNA-le. Mida see teie arvates tähendab?

CCT

CCU

On aeg ülalkirjeldatud tingimused taastada. CCT on osa DNA ahelast, see tähendab 3 erinevat nukleotiidi: üks tsütosiinalusega, teine ​​tsütosiinalusega ja teine ​​tümiinalusega. Teisel korral paksude tähtedega oleme koodoni ees, kuna see on "taducidated" DNA geneetiline teave (seega on uratsiil, kus varem oli tümiin) RNA ahelas.

Seega võime seda kinnitada CCU on koodon, mis kodeerib aminohapet proliini. Nagu oleme varem öelnud, on geneetiline kood degenereerunud. Seega kodeerivad aminohapet proliini ka teised erinevate nukleotiididega koodonid: CCC, CCA, CCG. Niisiis kodeerib aminohapet proliini kokku 4 koodonit või kolmikut.

Tuleb märkida, et aminohappe kodeerimiseks pole vaja 4 koodonit, vaid see, et mõni neist kehtib. Üldiselt, asendamatuid aminohappeid kodeerivad 2,3,4 või 6 erinevat koodonit, välja arvatud metioniin ja trüptofaan mis vastavad ainult ühele.

• Teile võivad huvi pakkuda: "Trüptofaan: selle aminohappe omadused ja funktsioonid"

Miks nii palju keerukust?

Teeme arvutused. Kui kodeerit kodeeriks ainult üks nukleotiid, saaks moodustada ainult 4 erinevat aminohapet. See muudaks valgusünteesi võimatuks protsessiks, kuna üldiselt koosneb iga valk umbes 100-300 aminohappest. Geneetilises koodis on ainult 20 aminohapet, kuid neid saab korraldada erineval viisil mööda "konveierliini", et tekiks meie kudedes esinevad erinevad valgud.

Teisalt, kui iga koodon koosneks kahest nukleotiidist, oleks võimalike "diplettide" koguarv 16. Eesmärgist oleme veel kaugel. Nüüd, kui iga koodon koosneks kolmest nukleotiidist (nagu see juhtub), suureneks võimalike permutatsioonide arv 64-ni. Võttes arvesse, et asendamatuid aminohappeid on 20, on 64 koodoniga võimalik kumbki neist kodeerida ja pealegi pakkuda igal juhul erinevaid variatsioone.

Rakendatud välimus

Ruumi saab otsa, kuid nii palju teavet on mõnes reas koondada tõesti keeruline. Jälgige meid järgmisel diagrammil, sest lubame teile, et kogu selle terminoloogilise konglomeraadi sulgemine on palju lihtsam kui tundub:

CCT (DNA) → CCU (RNA) → Proliin (ribosoom)

See väike diagramm väljendab järgmist: rakuline DNA sisaldab 3 nukleotiidi CCT, kuid see ei saa "väljendada" geneetilist teavet, kuna see on isoleeritud oma tuuma rakumasinast. Seetõttu vastutab RNA polümeraasi ensüüm DNA nukleotiidide ülekandmise (protsess, mida nimetatakse transkriptsiooniks) RNA nukleotiidideks, mis moodustavad messenger RNA.

Nüüd on meil messenger RNA-s CCU koodon, mis liigub tuumast välja oma pooride kaudu tsütosooli, kus asuvad ribosoomid. Kokkuvõtvalt võime seda öelda messenger RNA annab selle teabe ribosoomile, mis "mõistab", et aminohappe proliin tuleb lisada juba ehitatud aminohappejärjestusse, et tekitada spetsiifiline valk.

Nagu me oleme varem öelnud, koosneb valk umbes 100-300 aminohappest. Seega kodeerib kõiki valke, mis on moodustatud suurusjärgus 300 aminohapet, kokku 900 kolmikut (300x3) või, kui soovite, 2700 nukleotiidi (300x3x3). Kujutage nüüd ette 2700 nukleotiidi iga täht, umbes selline: AAAUCCCCGGUGAUUUUAUAAGG (...) Just see paigutus, see tähtede kogum on tegelikult geneetiline kood. Lihtsam, kui alguses tundus, eks?

Jätka

Kui küsida geneetilise koodi kohta mõnelt molekulaarbioloogiast huvitatud bioloogilt, on teil kindlasti vestlus umbes 4-5 tundi. On tõeliselt põnev teada, et elu saladus, nii ebareaalne kui see ka ei tundu, sisaldub konkreetses "kirjade" järjestuses.

Nii et nende 4 tähega saab kaardistada iga elusolendi genoomi. Näiteks inimese genoomiprojekti kohaselt koosneb kogu meie liigi geneetiline teave 3000 miljonist aluspaarid (nukleotiidid), mis leiduvad kõigi meie tuuma 23 kromosoomipaaril rakke. Muidugi, olenemata sellest, kui erinevad elusolendid on, on meil kõigil ühine “keel”.

Bibliograafilised viited:

• Mis on geneetiline kood? genotipia.com. Taastatud: https://genotipia.com/codigo-genetico/
• Asimov, I., & de la Fuente, A. M. (1982). Geneetiline kood (nr Sirsi) i9789688561034). Plaza & Janés.
• Geneetiline kood, riiklik inimgenoomi uurimisinstituut. Taastatud: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Codigo-genetico
• Geneetiline kood: omadused ja dešifreerimine, Madridi Complutense'i ülikool (UCM). Taastatud: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
• Geneetiline kood, Khanacademy.org. Taastatud: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
• See on ametlik: igas rakus on 42 miljonit valgu molekuli, europapress.com. Taastatud: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
• Lee, T. F. (1994). Inimgenoomi projekt: elu geneetilise koodi purustamine (nr Sirsi) i9788474325072).