Cos'è il codice genetico e come funziona?

Non importa quanta diversità morfologica presentiamo noi esseri viventi, siamo tutti uniti sotto lo stesso ombrello: la nostra unità funzionale di base è la cellula. Se un essere vivente ha una cellula su cui si basa tutta la sua struttura morfologica, si parla di unicellulare (il caso di protozoi o batteri), mentre quelli di noi con diversi (da poche centinaia a centinaia di miliardi) sono esseri pluricellulari.

Quindi, ogni organismo parte dalla cellula e, quindi, alcune entità molecolari come i virus non sono considerate strettamente “vive” da un punto di vista biologico. A loro volta, gli studi hanno caratterizzato che ogni cellula contiene ben 42 milioni di molecole proteiche. Pertanto, non sorprende che il 50% del peso dei tessuti viventi secchi sia composto esclusivamente da proteine.

Perché forniamo tutti questi dati apparentemente non correlati? Oggi veniamo a svelare il segreto della vita: il codice genetico. Per quanto misterioso possa sembrare a prima vista, ti assicuriamo che capirai subito questo concetto. Le cellule, le proteine ​​e il DNA sono la cosa. Resta per scoprirlo.

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Qual è il codice genetico?

Cominciamo in modo chiaro e conciso: il codice genetico non è altro che l'insieme di istruzioni che dicono alla cellula come produrre una proteina specifica. Abbiamo già detto nelle righe precedenti che le proteine ​​sono l'unità strutturale essenziale dei tessuti vivo, motivo per cui non siamo di fronte a una domanda aneddotica: senza proteine ​​non c'è vita, quindi semplice.

Le caratteristiche del codice genetico sono state stabilite nel 1961 da Francis Crick, Sydney Brenner e altri biologi molecolari che hanno collaborato. Questo termine si basa su una serie di premesse, ma prima dobbiamo chiarire alcuni termini per comprenderli. Fallo:

• DNA: acido nucleico che contiene le istruzioni genetiche utilizzate nello sviluppo e nel funzionamento di tutti gli organismi viventi esistenti.
• RNA: acido nucleico che svolge varie funzioni, compresa quella di dirigere gli stadi intermedi della sintesi proteica.
• Nucleotidi: le molecole organiche che, insieme, danno origine alle catene di DNA e RNA degli esseri viventi.
• Codone o tripletta: ogni 3 amminoacidi che formano l'RNA formano un codone, cioè una tripletta di informazione genetica.
• Aminoacido: molecole organiche che, in un certo ordine, danno origine alle proteine. Nel codice genetico sono codificati 20 amminoacidi.

Le basi del codice genetico

Una volta che abbiamo chiarito questi termini molto basilari, è tempo per noi di esplorare le caratteristiche principali del codice genetico, stabilito da Crick e dai suoi colleghi. Questi sono i seguenti:

• Il codice è organizzato in triplette o codoni: ogni tre nucleotidi (codone o tripletta) codifica un amminoacido.
• Il codice genetico è degenerato: ci sono più triplette o codoni che amminoacidi. Ciò significa che un amminoacido è solitamente codificato da più di una tripletta.
• Il codice genetico non si sovrappone: un nucleotide appartiene solo a una singola tripletta. Cioè, un nucleotide specifico non è in due codoni contemporaneamente.
• La lettura è "senza virgole": non vogliamo incorrere in una terminologia troppo complessa, quindi diremo che non ci sono "spazi" tra i codoni.
• Il codice genetico nucleare è universale: la stessa tripletta in specie diverse codifica per lo stesso amminoacido.

Svelare il codice genetico

Abbiamo già le basi terminologiche ei pilastri teorici. Ora è il momento di metterli in pratica. Prima di tutto, ti diciamo che Ogni nucleotide riceve un nome basato su una lettera, che è condizionata dalla base azotata che presenta. Le basi azotate sono le seguenti: adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) e uracile (U). L'adenina, la citosina e la guanina sono universali, mentre la timina è unica per il DNA e l'uracile è unica per l'RNA. Se vedi questo, cosa pensi che significhi?:

CCT

CCU

È tempo di recuperare i termini sopra descritti. CCT fa parte di una catena di DNA, cioè 3 diversi nucleotidi: uno con la base della citosina, un altro con la base della citosina e un altro con la base della timina. Nel secondo caso di grassetto siamo di fronte a un codone, poiché è l'informazione genetica del DNA “taducidata” (quindi c'è un uracile dove c'era una timina) in una catena di RNA.

Possiamo quindi affermare che CCU è un codone che codifica per l'aminoacido prolina. Come abbiamo detto prima, il codice genetico è degenerato. Pertanto, l'amminoacido prolina è codificato anche da altri codoni con diversi nucleotidi: CCC, CCA, CCG. Quindi, l'amminoacido prolina è codificato da un totale di 4 codoni o triplette.

Va notato che non è che i 4 codoni siano necessari per codificare l'amminoacido, ma che uno di essi sia valido. Generalmente, gli amminoacidi essenziali sono codificati da 2,3,4 o 6 diversi codoni, eccetto metionina e triptofano che rispondono solo a uno ciascuno.

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Perché tanta complessità?

Facciamo i calcoli. Se ogni codone fosse codificato da un solo nucleotide, si potrebbero formare solo 4 diversi amminoacidi. Ciò renderebbe la sintesi proteica un processo impossibile, poiché in generale ogni proteina è composta da circa 100-300 amminoacidi. Ci sono solo 20 amminoacidi inclusi nel codice genetico, ma questi possono essere disposti in modi diversi lungo la "catena di montaggio" per dare origine alle diverse proteine ​​presenti nei nostri tessuti.

Se invece ogni codone fosse composto da due nucleotidi, il numero totale di possibili "diplets" sarebbe 16. Siamo ancora lontani dall'obiettivo. Ora, se ogni codone fosse composto da tre nucleotidi (come nel caso), il numero di possibili permutazioni aumenterebbe a 64. Tenendo conto che ci sono 20 amminoacidi essenziali, con 64 codoni è possibile codificare ciascuno di essi e, in cima, offrire variazioni diverse in ogni caso.

Uno sguardo applicato

Lo spazio sta finendo, ma è davvero complesso concentrare così tante informazioni in poche righe. Seguici nello schema seguente, perché ti promettiamo che chiudere tutto questo conglomerato terminologico è molto più semplice di quanto sembri:

CCT (DNA) → CCU (RNA) → Prolina (ribosoma)

Questo piccolo diagramma esprime quanto segue: il DNA cellulare contiene i 3 nucleotidi CCT, ma non può “esprimere” l'informazione genetica, poiché è isolato dal macchinario cellulare nel suo nucleo. Pertanto, l'enzima RNA polimerasi è responsabile della TRASCRIZIONE (un processo noto come trascrizione) dei nucleotidi del DNA in nucleotidi dell'RNA, che formeranno l'RNA messaggero.

Ora abbiamo il codone CCU nell'RNA messaggero, che viaggerà dal nucleo attraverso i suoi pori fino al citosol, dove si trovano i ribosomi. In sintesi, possiamo dire che L'RNA messaggero fornisce questa informazione al ribosoma, il quale "capisce" che l'amminoacido prolina deve essere aggiunto alla sequenza amminoacidica già costituita per dare origine ad una specifica proteina.

Come abbiamo detto prima, una proteina è composta da circa 100-300 amminoacidi. Pertanto, qualsiasi proteina formata dall'ordine di 300 amminoacidi sarà codificata da un totale di 900 triplette (300x3) o, se preferisci, da 2.700 nucleotidi (300x3x3). Ora, immagina ciascuna delle lettere in ciascuno dei 2.700 nucleotidi, qualcosa del tipo: AAAUCCCCCGGUGAUUUAUAAGG (...) È questa disposizione, questo agglomerato di lettere, che è veramente il codice genetico. Più facile di quanto sembrava all'inizio, giusto?

Curriculum vitae

Se chiedi a qualsiasi biologo interessato alla biologia molecolare del codice genetico, avrai sicuramente una conversazione per circa 4-5 ore. È davvero affascinante sapere che il segreto della vita, per quanto irreale possa sembrare, è contenuto in una precisa successione di "lettere".

Così che, il genoma di qualsiasi essere vivente può essere mappato con queste 4 lettere. Ad esempio, secondo il progetto genoma umano, tutta l'informazione genetica della nostra specie è composta da 3.000 milioni coppie di basi (nucleotidi), che si trovano sulle 23 coppie di cromosomi all'interno del nucleo di tutti i nostri cellule. Naturalmente, non importa quanto siano diversi gli esseri viventi, abbiamo tutti un "linguaggio" comune.

Riferimenti bibliografici:

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• Codice genetico: caratteristiche e decifrazione, Università Complutense di Madrid (UCM). Recuperato da: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
• Il codice genetico, Khanacademy.org. Recuperato da: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
• È ufficiale: ci sono 42 milioni di molecole proteiche in ogni cellula, europapress.com. Recuperato da: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
• Lee, T. f. (1994). Il Progetto Genoma Umano: rompere il codice genetico della vita (n. Sirsi) i9788474325072).