מהו הקוד הגנטי וכיצד הוא עובד?

לא משנה כמה המגוונים המורפולוגיים אנו מציגים אנו, כולנו מאוחדים תחת אותה מטריה: היחידה הפונקציונלית הבסיסית שלנו היא התא. אם להוויה חיה יש תא שעליו מבוסס כל המבנה המורפולוגי שלו, הוא מכונה חד תאית (המקרה של פרוטוזואה או חיידקים), ואילו אלה מאיתנו עם כמה (מכמה מאות עד מאות מיליארדים) הם יצורים רב-תאיים.

לפיכך, כל אורגניזם מתחיל מהתא, ולכן ישויות מולקולריות מסוימות כמו נגיפים אינן נחשבות "חיות" לחלוטין מבחינה ביולוגית. בתורם, מחקרים אפיינו שכל תא מכיל 42 מיליון מולקולות חלבון אדירות. לכן, אין זה מפתיע כי 50% ממשקל רקמות החיים היבשות מוערך להיות מורכב אך ורק מחלבונים.

מדוע אנו מספקים את כל הנתונים לכאורה שאינם קשורים? היום אנו באים לפענח את סוד החיים: הקוד הגנטי. עד כמה שזה נראה מסתורי במבט ראשון, אנו מבטיחים לך שתבין את המושג הזה מיד. העניין הוא על תאים, חלבונים ו- DNA. הישאר לגלות.

מאמר קשור: "הבדלים בין DNA ו- RNA"

מהו הקוד הגנטי?

נתחיל בבהירות ובקצרה: הקוד הגנטי הוא לא יותר מאשר מערך ההוראות המסביר לתא כיצד להכין חלבון ספציפי. כבר אמרנו בשורות קודמות כי חלבונים הם היחידה המבנית החיונית של הרקמות בחיים, ולכן אנו לא עומדים בפני שאלה אנקדוטלית: ללא חלבונים אין חיים, כך פָּשׁוּט.

instagram story viewer

מאפייני הקוד הגנטי נקבעו בשנת 1961 על ידי פרנסיס קריק, סידני ברנר וביולוגים מולקולריים אחרים המשתפים פעולה. מונח זה מבוסס על סדרה של הנחות יסוד, אך ראשית עלינו להבהיר מונחים מסוימים כדי להבין אותם. לך על זה:

DNA: חומצת גרעין המכילה את ההוראות הגנטיות המשמשות להתפתחות ולתפקוד של כל האורגניזמים החיים הקיימים.
RNA: חומצת גרעין המבצעת פונקציות שונות, כולל הכוונת שלבי הביניים של סינתזת החלבון.
נוקליאוטידים: המולקולות האורגניות המביאות יחד את שרשראות ה- DNA וה- RNA של יצורים חיים.
קודון או שלישיות: כל 3 חומצות אמינו שיוצרות RNA יוצרות קודון, כלומר שלישיית מידע גנטי.
חומצה אמינית: מולקולות אורגניות, שבסדר מסוים, מולידות חלבונים. 20 חומצות אמינו מקודדות בקוד הגנטי.

בסיסי הצופן הגנטי

ברגע שברור לנו המונחים הבסיסיים האלה, הגיע הזמן שנחקור המאפיינים העיקריים של הקוד הגנטי, שהקימו קריק ועמיתיו. אלה הדברים הבאים:

הקוד מאורגן בשלישיות או בקודונים: כל שלושה נוקלאוטידים (קודון או שלישיות) מקודדים חומצת אמינו.
הקוד הגנטי מנוון: יש יותר שלישיות או קודונים מאשר יש חומצות אמיניות. משמעות הדבר היא כי חומצת אמינו מקודדת בדרך כלל ביותר משלישייה אחת.
הקוד הגנטי אינו חופף: נוקלאוטיד שייך רק לשלישייה אחת. כלומר, נוקלאוטיד ספציפי אינו נמצא בשני קודונים בו זמנית.
הקריאה היא "ללא פסיקים": אנו לא רוצים להיכנס לטרמינולוגיה מורכבת מדי, ולכן אנו נגיד שאין "רווחים" בין הקודונים.
הקוד הגנטי הגרעיני הוא אוניברסלי: אותה שלישייה בקודים מינים שונים עבור אותה חומצת אמינו.

פרום הקוד הגנטי

יש לנו כבר את הבסיסים הטרמינולוגיים ואת העמודים התיאורטיים. עכשיו הגיע הזמן להוציא אותם לפועל. קודם כל, נגיד לך את זה כל נוקלאוטיד מקבל שם המבוסס על אות, המותנה בבסיס החנקני שהוא מציג. הבסיסים החנקניים הם הבאים: אדנין (A), ציטוזין (C), גואנין (G), תימין (T) ואורציל (U). אדנין, ציטוזין וגואנין הם אוניברסליים, בעוד שתימין ייחודי ל- DNA ואורציל הוא ייחודי ל- RNA. אם אתה רואה זאת, מה אתה חושב שזה אומר?:

CCT

CCU

הגיע הזמן לשחזר את התנאים שתוארו לעיל. CCT הוא חלק משרשרת DNA, כלומר 3 נוקלאוטידים שונים: אחד עם בסיס הציטוזין, אחר עם בסיס הציטוזין ואחד עם בסיס התימין. במקרה השני של אותיות מודגשות אנו עומדים מול קודון, מכיוון שהוא המידע הגנטי של ה- DNA ה"מדוכא "(מכאן שיש אורציל שם היה בעבר תימין) בשרשרת RNA.

לפיכך, אנו יכולים לאשר זאת CCU הוא קודון המקודד לחומצת האמינו פרולין. כפי שאמרנו בעבר, הקוד הגנטי מנוון. לפיכך, חומצת האמינו פרולין מקודדת גם על ידי קודונים אחרים עם נוקלאוטידים שונים: CCC, CCA, CCG. אז, חומצת האמינו פרולין מקודדת על ידי סך של 4 קודונים או שלישיות.

יש לציין כי אין צורך בארבעת הקודונים לצורך קידוד חומצת האמינו, אלא שכל אחד מהם תקף. בכללי, חומצות אמינו חיוניות מקודדות על ידי 2,3,4 או 6 קודונים שונים, למעט מתיונין וטריפטופן שמגיבים רק לכל אחד.

אתה עשוי להתעניין ב: "טריפטופן: מאפיינים ותפקודים של חומצת אמינו זו"

למה כל כך הרבה מורכבות?

בואו נעשה חישובים. אם כל קודון היה מקודד על ידי נוקלאוטיד אחד בלבד, היו יכולים להיווצר רק 4 חומצות אמינו שונות. זה יהפוך את סינתזת החלבון לתהליך בלתי אפשרי, שכן באופן כללי כל חלבון מורכב מכ- 100-300 חומצות אמינו. יש רק 20 חומצות אמינו הכלולות בקוד הגנטיאך ניתן לארגן אותם בדרכים שונות לאורך "פס הייצור" כדי להוליד את החלבונים השונים הנמצאים ברקמות שלנו.

מצד שני, אם כל קודון היה מורכב משני נוקלאוטידים, המספר הכולל של "דיפלטים" היה 16. אנחנו עדיין רחוקים מהמטרה. כעת, אם כל קודון היה מורכב משלושה נוקלאוטידים (כפי שקורה), מספר התמורות האפשריות יגדל ל -64. אם לוקחים בחשבון שישנן 20 חומצות אמינו חיוניות, עם 64 קודונים ניתן לקודד כל אחת מהן, ומעל, להציע וריאציות שונות בכל מקרה.

מראה יישומי

נגמר לנו החלל, אבל זה באמת מורכב לרכז כל כך הרבה מידע בכמה שורות. עקבו אחרינו בתרשים הבא מכיוון שאנו מבטיחים לכם כי סגירת כל הקונגלומרט הטרמינולוגי הזה היא הרבה יותר קלה ממה שנדמה:

CCT (DNA) → CCU (RNA) → פרולין (ריבוזום)

תרשים קטן זה מבטא את הדברים הבאים: ה- DNA הסלולרי מכיל את 3 הנוקלאוטידים CCT, אך הוא אינו יכול "לבטא" את המידע הגנטי, מכיוון שהוא מבודד מהמנגנון הסלולרי בגרעין שלו.. לכן, האנזים RNA פולימראז אחראי על העברת (תהליך המכונה תעתיק) של נוקלאוטידי ה- DNA לנוקליאוטידים של RNA, אשר יהוו את ה- RNA המסנג'ר.

עכשיו יש לנו את קודון ה- CCU ב- RNA המסנג'ר, שייסע מהגרעין דרך הנקבוביות שלו לציטוזול, שם נמצאים הריבוזומים. לסיכום, אנו יכולים לומר זאת שליח RNA נותן מידע זה לריבוזום, אשר "מבין" שיש להוסיף את חומצת האמינו פרולין לרצף חומצות האמינו שכבר נבנה כדי להוליד חלבון ספציפי.

כפי שאמרנו בעבר, חלבון מורכב מכ- 100-300 חומצות אמינו. לפיכך, כל חלבון שנוצר בסדר גודל של 300 חומצות אמינו יקודד על ידי סך של 900 שלישיות (300x3) או, אם תרצו, על ידי 2,700 נוקלאוטידים (300x3x3). כעת דמיין כל אחת מהאותיות בכל אחד מ -2,700 הנוקליאוטידים, משהו כמו: AAAUCCCCGGUGAUUUAUAAGG (...) זה ההסדר הזה, קונגלומטר האותיות הזה, שהוא באמת קוד גנטי. קל יותר ממה שנראה בהתחלה, נכון?

קורות חיים

אם תשאל כל ביולוג שמתעניין בביולוגיה מולקולרית לגבי הקוד הגנטי, בוודאי תנהל שיחה במשך 4-5 שעות. זה באמת מרתק לדעת שסוד החיים, לא אמיתי ככל שזה נראה, כלול ברצף ספציפי של "אותיות".

אז זה, ניתן למפות את הגנום של כל יצור חי בעזרת ארבע האותיות האלה. לדוגמא, על פי פרויקט הגנום האנושי, כל המידע הגנטי של המינים שלנו מורכב מ -3,000 מיליון זוגות בסיס (נוקליאוטידים), שנמצאים על 23 זוגות הכרומוזומים בתוך הגרעין של כל שלנו תאים. כמובן, לא משנה כמה יצורים חיים שונים, לכולנו יש "שפה" משותפת.

הפניות ביבליוגרפיות:

מהו הקוד הגנטי? genotipia.com. התאושש מ: https://genotipia.com/codigo-genetico/
Asimov, I., & de la Fuente, A. M. (1982). הקוד הגנטי (לא. סירסי) i9789688561034). פלאזה וג'אנס.
קוד גנטי, המכון הלאומי לחקר הגנום האנושי. התאושש מ: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Codigo-genetico
קוד גנטי: מאפיינים ופענוח, אוניברסיטת קומפלוטנס במדריד (UCM). התאושש מ: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
הקוד הגנטי, Khanacademy.org. התאושש מ: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
זה רשמי: ישנן 42 מיליון מולקולות חלבון בכל תא, europapress.com. התאושש מ: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
לי, ט. פ. (1994). פרויקט הגנום האנושי: שבירת הקוד הגנטי של החיים (לא. סירסי) i9788474325072).