Mi a genetikai kód és hogyan működik?

Nem számít, mennyi morfológiai sokféleségünk van élõ lényeknek, mindannyian ugyanazon ernyõ alatt egyesülünk: alapvetõ funkcionális egységünk a sejt. Ha egy élőlénynek van egy sejtje, amelyen a teljes morfológiai felépítése alapul, akkor ezt egysejtűnek nevezik ( protozoonok vagy baktériumok), míg többünk (néhány száztól százmilliárdig) többsejtű lény.

Így minden szervezet a sejtből indul ki, ezért egyes molekuláris entitásokat, például a vírusokat, biológiai szempontból nem tekintünk szigorúan „élőnek”. A vizsgálatok viszont azt jellemezték, hogy minden sejt óriási 42 millió fehérjemolekulát tartalmaz. Ezért nem meglepő, hogy a száraz élő szövetek tömegének 50% -át becslések szerint kizárólag fehérjék alkotják.

Miért adjuk át mindezt a látszólag nem kapcsolódó adatot? Ma az élet titkát tárjuk fel: a genetikai kód. Bármennyire is titokzatosnak tűnik első pillantásra, biztosítjuk Önt, hogy ezt a koncepciót azonnal meg fogja érteni. Sejtek, fehérjék és DNS a lényeg. Maradjon, hogy megtudja.

• Kapcsolódó cikk: "Különbségek a DNS és az RNS között"

Mi a genetikai kód?

Kezdjük világosan és tömören: a genetikai kód nem más, mint az utasításkészlet, amely megmondja a sejtnek, hogyan lehet egy adott fehérjét előállítani. Korábbi sorokban már elmondtuk, hogy a fehérjék a szövetek alapvető szerkezeti egységei él, ezért nem állunk anekdotikus kérdés előtt: fehérjék nélkül nincs élet, tehát egyszerű.

A genetikai kód jellemzőit 1961-ben állapította meg Francis Crick, Sydney Brenner és más együttműködő molekuláris biológusok. Ez a kifejezés a premisszák sorozatán alapul, de először meg kell tisztáznunk bizonyos kifejezéseket, hogy megértsük őket. Hajrá:

• DNS: nukleinsav, amely tartalmazza az összes létező élő szervezet fejlődésében és működésében alkalmazott genetikai utasításokat.
• RNS: különböző funkciókat ellátó nukleinsav, beleértve a fehérjeszintézis közbenső szakaszainak irányítását.
• Nukleotidok: azok a szerves molekulák, amelyek együttesen az élőlények DNS- és RNS-láncait eredményezik.
• Kodon vagy triplett: minden 3 aminosav, amely RNS-t képez, kodont alkot, vagyis genetikai információ hármasát.
• Aminosav: szerves molekulák, amelyek bizonyos sorrendben fehérjéket eredményeznek. 20 aminosavat kódolnak a genetikai kódban.

A genetikai kód alapjai

Miután tisztáztuk ezeket az alapvető kifejezéseket, itt az ideje, hogy felfedezzük a Crick és munkatársai által megállapított genetikai kód főbb jellemzői. Ezek a következők:

• A kód tripletekbe vagy kodonokba rendeződik: minden három nukleotid (kodon vagy triplett) egy aminosavat kódol.
• A genetikai kód degenerált: több hármas vagy kodon van, mint aminosav. Ez azt jelenti, hogy az aminosavat általában egynél több hármas kódolja.
• A genetikai kód nem fedi egymást: a nukleotid csak egyetlen tripletthez tartozik. Vagyis egy specifikus nukleotid nincs egyszerre két kodonban.
• Az olvasás "vessző nélküli": nem akarunk túl összetett terminológiát bevinni, ezért azt mondjuk, hogy a kodonok között nincs "szóköz".
• A nukleáris genetikai kód univerzális: ugyanaz a hármas különböző fajokban azonos aminosavat kódol.

A genetikai kód kibontása

A terminológiai alapok és az elméleti pillérek már megvannak. Most itt az ideje, hogy gyakorlatba ültessük őket. Először is elmondjuk neked Minden nukleotid nevet kap egy betű alapján, amelyet az általa bemutatott nitrogénbázis feltételez. A nitrogénes bázisok a következők: adenin (A), citozin (C), guanin (G), timin (T) és uracil (U). Az adenin, a citozin és a guanin univerzális, míg a timin egyedülálló a DNS-hez, az uracil pedig az RNS-hez. Ha látja ezt, mit gondol, mit jelent?

CCT

CCU

Itt az ideje, hogy helyreállítsuk a fent leírt feltételeket. A CCT egy DNS-lánc része, vagyis 3 különböző nukleotid: az egyik a citozinbázissal, a másik a citozinbázissal, a másik pedig a timinbázissal. A félkövér betűk második esetében egy kodonnal van dolgunk, mivel ez egy „taducidált” DNS-genetikai információ (tehát van uracil, ahol korábban timin volt) egy RNS-láncban.

Így ezt megerősíthetjük CCU egy kodon, amely a prolin aminosavat kódolja. Mint már korábban mondtuk, a genetikai kód degenerált. Így a prolin aminosavat más kodonok is kódolják, különböző nukleotidokkal: CCC, CCA, CCG. Tehát a prolin aminosavat összesen 4 kodon vagy hármas kódolja.

Meg kell jegyezni, hogy nem arról van szó, hogy a 4 kodonra van szükség az aminosav kódolásához, hanem hogy bármelyikük érvényes. Általánosságban, az esszenciális aminosavakat a metionin és a triptofán kivételével 2,3,4 vagy 6 különböző kodon kódolja amelyek csak egy-egyre reagálnak.

• Érdekelheti: "Triptofán: ennek az aminosavnak a jellemzői és funkciói"

Miért olyan bonyolult?

Végezzünk számításokat. Ha mindegyik kodont csak egy nukleotid kódolja, akkor csak 4 különböző aminosav képződhet. Ez lehetetlenné tenné a fehérjeszintézist, mivel általában mindegyik fehérje körülbelül 100-300 aminosavból áll. Csak 20 aminosav szerepel a genetikai kódban, de ezek különböző módon rendezhetők el az "összeszerelő vonal" mentén, hogy a szövetekben jelen lévő különböző fehérjék létrejöhessenek.

Másrészt, ha mindegyik kodon két nukleotidból állna, a lehetséges "diplomák" száma összesen 16 lenne. Még mindig messze vagyunk a céltól. Ha minden kodon három nukleotidból állna (ahogy ez van), a lehetséges permutációk száma 64-re nőne. Figyelembe véve, hogy 20 esszenciális aminosav van, 64 kodonnal 64 mindegyik kódolható, és mindegyiknél különféle variációkat kínálhat.

Alkalmazott megjelenés

Fogytunk a helyből, de valóban bonyolult ennyi információt néhány sorba koncentrálni. Kövessen minket a következő ábrán, mert megígérjük, hogy mindezen terminológiai konglomerátum bezárása sokkal könnyebb, mint amilyennek látszik:

CCT (DNS) → CCU (RNS) → Prolin (riboszóma)

Ez a kis ábra a következőket fejezi ki: a sejtes DNS tartalmazza a 3 nukleotid CCT-t, de nem képes "kifejezni" a genetikai információt, mivel a magjában lévő sejtmechanizmustól izolálódik. Ezért az RNS-polimeráz enzim felelős a DNS-nukleotidok RNS-nukleotidokká történő átírásáért (a transzkripciónak nevezett folyamat), amelyek képezik a hírvivő RNS-t.

Most megvan a CCU kodon a hírvivő RNS-ben, amely a magból pórusain keresztül a citoszolba jut, ahol a riboszómák találhatók. Összefoglalva elmondhatjuk messenger RNS adja ezeket az információkat a riboszómának, amely "megérti", hogy a prolint aminosavat hozzá kell adni a már felépített aminosav-szekvenciához, hogy egy adott fehérje létrejöjjön.

Mint korábban említettük, egy fehérje körülbelül 100-300 aminosavból áll. Így a 300 aminosav nagyságrendjéből képződő fehérjét összesen 900 triplett (300x3), vagy ha úgy tetszik, 2700 nukleotid (300x3x3) kódolja. Most képzelje el a 2700 nukleotid mindegyikének betűjét, valami ilyesmit: AAAUCCCCGGUGAUUUUAUAAGG (...) Ez az elrendezés, a betűk tömörülése az, ami valójában genetikai kód. Könnyebb, mint elsőre tűnt, igaz?

Önéletrajz

Ha a molekuláris biológia iránt érdeklődő biológust megkérdezi a genetikai kódról, akkor biztosan körülbelül 4-5 órán át beszélget. Igazán lenyűgöző az a tudat, hogy az élet titka - bármennyire is valószerűtlennek tűnik - a "levelek" sajátos egymásutánjában rejlik.

Tehát, bármely élőlény genomja feltérképezhető ezzel a 4 betűvel. Például az emberi genom projekt szerint fajunk összes genetikai információja 3000 millióból áll bázispárok (nukleotidok), amelyek megtalálhatók a kromoszómák 23 párján az összes sejtek. Természetesen, bármilyen élőlények is különböznek egymástól, mindannyiunknak van egy közös „nyelve”.

Bibliográfiai hivatkozások:

• Mi a genetikai kód? genotipia.com. Felépült: https://genotipia.com/codigo-genetico/
• Asimov, I., & de la Fuente, A. M. (1982). A genetikai kód (Sirsi szám) i9789688561034). Plaza & Janés.
• Genetikai kód, Országos Emberi Genomkutató Intézet. Felépült: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Codigo-genetico
• Genetikai kód: jellemzők és megfejtés, Madridi Complutense Egyetem (UCM). Felépült: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
• A genetikai kódex, Khanacademy.org. Felépült: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
• Hivatalos: 42 millió fehérjemolekula van minden sejtben, europapress.com. Felépült: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
• Lee, T. F. (1994). Az emberi genom projekt: az élet genetikai kódjának feltörése (Sirsi szám: i9788474325072).