Koji je genetski kod i kako on djeluje?

Bez obzira na to koliko morfološke raznolikosti predstavljamo naša živa bića, svi smo ujedinjeni pod istim kišobranom: naša osnovna funkcionalna jedinica je stanica. Ako živo biće ima stanicu na kojoj se temelji cijela njegova morfološka struktura, ono je poznato kao jednoćelijsko (slučaj praživotinje ili bakterije), dok smo mi s nekoliko (od nekoliko stotina do stotina milijardi) višećelijskih bića.

Dakle, svaki organizam polazi od stanice, pa se stoga neki molekularni entiteti poput virusa s biološkog gledišta ne smatraju strogo „živima“. Zauzvrat, studije su karakterizirale da svaka stanica sadrži nevjerojatnih 42 milijuna proteinskih molekula. Stoga ne čudi da se procjenjuje da se 50% težine suhih živih tkiva sastoji isključivo od proteina.

Zašto pružamo sve ove naizgled nepovezane podatke? Danas dolazimo do otkrivanja tajne života: genetski kod. Koliko god tajanstveno izgledalo na prvi pogled, uvjeravamo vas da ćete odmah shvatiti ovaj koncept. Stvari su u tome stanice, proteini i DNA. Ostanite da saznate.

• Povezani članak: "Razlike između DNA i RNA"

Koji je genetski kod?

Krenimo jasno i kratko: genetski kod nije ništa drugo do set uputa koje ćeliji govore kako da stvori određeni protein. Već smo rekli u prethodnim redovima da su proteini bitna strukturna jedinica tkiva živ, zbog čega se ne postavljamo anegdotalno pitanje: bez proteina nema života, dakle jednostavan.

Karakteristike genetskog koda 1961. godine utvrdili su Francis Crick, Sydney Brenner i drugi molekularni biolozi koji surađuju. Ovaj se pojam temelji na nizu premisa, ali prvo moramo pojasniti određene pojmove da bismo ih razumjeli. Naprijed:

• DNA: nukleinska kiselina koja sadrži genetske upute koje se koriste u razvoju i funkcioniranju svih postojećih živih organizama.
• RNA: nukleinska kiselina koja obavlja različite funkcije, uključujući usmjeravanje međufaza sinteze proteina.
• Nukleotidi: organske molekule koje zajedno stvaraju DNA i RNA lance živih bića.
• Kodon ili triplet: svake 3 aminokiseline koje tvore RNK tvore kodon, odnosno triplet genetske informacije.
• Aminokiselina: organske molekule koje u određenom redoslijedu daju bjelančevine. 20 aminokiselina kodirano je u genetskom kodu.

Osnove genetskog koda

Kad smo jasni s ovim vrlo osnovnim pojmovima, vrijeme je da istražimo glavna obilježja genetskog koda, koju su uspostavili Crick i njegovi kolege. To su sljedeće:

• Kod je organiziran u triplete ili kodone: svaka tri nukleotida (kodon ili triplet) kodiraju aminokiselinu.
• Genetski je kod degeneriran: tripleta ili kodona ima više nego aminokiselina. To znači da aminokiselina obično kodira više od jednog tripleta.
• Genetski kod se ne preklapa: nukleotid pripada samo jednom tripletu. Odnosno, određeni nukleotid nije u dva kodona istovremeno.
• Čitanje je "bez zareza": ne želimo imati previše složenu terminologiju, pa ćemo reći da između kodona nema "razmaka".
• Nuklearni genetski kod je univerzalan: isti triplet u različitim vrstama kodira istu aminokiselinu.

Razotkrivanje genetskog koda

Terminološke osnove i teorijske stupove već imamo. Sad je vrijeme da ih primijenimo u praksi. Prije svega, to ćemo vam reći Svaki nukleotid dobiva ime na temelju slova, koje je uvjetovano dušičnom bazom koju predstavlja. Dušične baze su sljedeće: adenin (A), citozin (C), gvanin (G), timin (T) i uracil (U). Adenin, citozin i gvanin su univerzalni, dok je timin jedinstven za DNA, a uracil je jedinstven za RNA. Ako vidite ovo, što mislite da to znači?:

CCT

CCU

Vrijeme je da oporavimo gore opisane uvjete. CCT je dio lanca DNA, odnosno 3 različita nukleotida: jedan s bazom citozina, drugi s bazom citozina i drugi s bazom timina. U drugom slučaju podebljanih slova ispred smo kodona, jer je to "taducidirana" genetska informacija DNA (dakle postoji uracil tamo gdje je nekad bio timin) u lancu RNA.

Dakle, to možemo potvrditi CCU je kodon koji kodira aminokiselinski prolin. Kao što smo već rekli, genetski je kod degeneriran. Dakle, aminokiselinski prolin kodiraju i drugi kodoni s različitim nukleotidima: CCC, CCA, CCG. Dakle, aminokiselinski prolin kodiran je s ukupno 4 kodona ili trojke.

Treba imati na umu da nisu potrebna 4 kodona za kodiranje aminokiseline, već da je bilo koji od njih valjan. Općenito, esencijalne aminokiseline kodiraju 2,3,4 ili 6 različitih kodona, osim metionina i triptofana koji odgovaraju samo na jedan.

• Možda će vas zanimati: "Triptofan: značajke i funkcije ove aminokiseline"

Zašto toliko složenosti?

Napravimo proračune. Kad bi svaki kodon kodirao samo jedan nukleotid, mogle bi nastati samo 4 različite aminokiseline. To bi sintezu proteina učinilo nemogućim, jer se općenito svaki protein sastoji od oko 100-300 aminokiselina. U genetski je kod uključeno samo 20 aminokiselina, ali oni se mogu rasporediti na različite načine duž "montažne linije" kako bi nastali različiti proteini prisutni u našim tkivima.

S druge strane, kada bi se svaki kodon sastojao od dva nukleotida, ukupan broj mogućih "dipleta" bio bi 16. Još smo daleko od cilja. Sada, kada bi se svaki kodon sastojao od tri nukleotida (kao što je to slučaj), broj mogućih permutacija povećao bi se na 64. Uzimajući u obzir da postoji 20 esencijalnih aminokiselina, sa 64 kodona moguće je kodirati svaku od njih i, povrh toga, ponuditi različite varijacije u svakom slučaju.

Primijenjeni izgled

Ponestaje nam prostora, ali doista je složeno koncentrirati toliko informacija u nekoliko redaka. Slijedite nas u sljedećem dijagramu, jer vam obećavamo da je zatvaranje svih ovih terminoloških konglomerata puno lakše nego što se čini:

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

Ovaj mali dijagram izražava sljedeće: stanična DNA sadrži 3 nukleotida CCT, ali ne može "izraziti" genetske informacije, jer je izolirana od staničnog stroja u svojoj jezgri. Stoga je enzim RNA polimeraza odgovoran za PRIJENOS (postupak poznat kao transkripcija) nukleotida DNA u nukleotide RNA, koji će formirati glasničku RNA.

Sada imamo CCU kodon u glasničkoj RNA, koji će putovati iz jezgre kroz svoje pore do citosola, gdje se nalaze ribosomi. Ukratko, to možemo reći messenger RNA daje te podatke ribosomu, koji "razumije" da se aminokiselinski prolin mora dodati u već izgrađenu aminokiselinsku sekvencu da bi se dobio određeni protein.

Kao što smo već rekli, protein se sastoji od oko 100-300 aminokiselina. Dakle, bilo koji protein stvoren od reda 300 aminokiselina kodirat će se s ukupno 900 trojki (300x3) ili, ako želite, s 2.700 nukleotida (300x3x3). Sada zamislite svako slovo u svakom od 2.700 nukleotida, otprilike: AAAUCCCCGGUGAUUUAUAAGG (...) Upravo je taj raspored, ova konglomeracija slova, stvarno genetski kod. Lakše nego što se činilo u početku, zar ne?

Nastavi

Ako bilo kojeg biologa zainteresiranog za molekularnu biologiju pitate o genetskom kodu, zasigurno ćete razgovarati oko 4-5 sati. Doista je fascinantno znati da je tajna života, koliko god se nestvarna čini, sadržana u određenom nizu "slova".

Tako da, genom bilo kojeg živog bića može se mapirati s ova 4 slova. Primjerice, prema projektu ljudskog genoma, sve genetske informacije naše vrste sastoje se od 3.000 milijuna bazni parovi (nukleotidi) koji se nalaze na 23 para kromosoma unutar jezgre svih naših Stanice. Naravno, bez obzira koliko su različita živa bića, svima nam je zajednički "jezik".

Bibliografske reference:

• Koji je genetski kod? genotipia.com. Oporavljen od: https://genotipia.com/codigo-genetico/
• Asimov, I., & de la Fuente, A. M. (1982). Genetski kod (br. Sirsi) i9789688561034). Plaza & Janés.
• Genetski kod, Nacionalni institut za istraživanje ljudskog genoma. Oporavljen od: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Codigo-genetico
• Genetski kod: karakteristike i dešifriranje, Sveučilište Complutense u Madridu (UCM). Oporavljen od: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
• Genetički kod, Khanacademy.org. Oporavljen od: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
• Službeno je: u svakoj stanici ima 42 milijuna molekula proteina, europapress.com. Oporavljen od: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
• Lee, T. F. (1994). Projekt ljudskog genoma: razbijanje genetskog koda života (br. Sirsi) i9788474325072).