Kāds ir ģenētiskais kods un kā tas darbojas?

Neatkarīgi no tā, cik daudz morfoloģiskās daudzveidības mums, dzīvajām būtnēm, ir, mēs visi esam apvienoti zem viena jumta: mūsu galvenā funkcionālā vienība ir šūna. Ja dzīvai būtnei ir šūna, uz kuras balstās visa tās morfoloģiskā struktūra, to sauc par vienšūnu ( vienšūņi vai baktērijas), turpretī tie, kuriem mums ir vairāki (no dažiem simtiem līdz simtiem miljardu), ir daudzšūnu būtnes.

Tādējādi katrs organisms sākas no šūnas, un tāpēc dažas molekulārās vienības, piemēram, vīrusi, no bioloģiskā viedokļa neuzskata par stingri “dzīvām”. Savukārt pētījumos ir raksturots, ka katra šūna satur milzīgus 42 miljonus olbaltumvielu molekulu. Tāpēc nav pārsteidzoši, ka tiek lēsts, ka 50% no sauso dzīvo audu svara veido tikai olbaltumvielas.

Kāpēc mēs sniedzam visus šos šķietami nesaistītos datus? Šodien mēs nonākam pie dzīves noslēpuma atklāšanas: ģenētiskais kods. Lai cik noslēpumains tas varētu būt no pirmā acu uzmetiena, mēs jums apliecinām, ka jūs šo jēdzienu sapratīsit uzreiz. Šūnas, olbaltumvielas un DNS ir lieta. Palieciet, lai uzzinātu.

• Saistītais raksts: "Atšķirības starp DNS un RNS"

Kāds ir ģenētiskais kods?

Sāksim skaidri un kodolīgi: ģenētiskais kods ir nekas cits kā instrukciju kopums, kas šūnai norāda, kā pagatavot noteiktu olbaltumvielu. Iepriekšējās rindās mēs jau teicām, ka olbaltumvielas ir būtiska audu struktūrvienība dzīvs, tāpēc mums nav jāsaskaras ar anekdotisku jautājumu: bez olbaltumvielām nav dzīvības, tātad vienkārši.

Ģenētiskā koda īpašības 1961. gadā noteica Francis Kriks, Sidneja Brennere un citi sadarbībā iesaistītie molekulārie biologi. Šī termina pamatā ir virkne telpu, taču vispirms mums ir jāprecizē daži termini, lai tos saprastu. Dari tā:

• DNS: nukleīnskābe, kas satur ģenētiskās instrukcijas, kas tiek izmantotas visu esošo dzīvo organismu attīstībā un darbībā.
• RNS: nukleīnskābe, kas veic dažādas funkcijas, ieskaitot proteīnu sintēzes starpposmu virzīšanu.
• Nukleotīdi: organiskās molekulas, kas kopā rada dzīvo būtņu DNS un RNS ķēdes.
• Kodons vai triplets: katras 3 aminoskābes, kas veido RNS, veido kodonu, tas ir, ģenētiskās informācijas tripletu.
• Aminoskābe: organiskas molekulas, kas noteiktā secībā rada olbaltumvielas. Ģenētiskajā kodā ir kodētas 20 aminoskābes.

Ģenētiskā koda pamati

Kad mums ir skaidrs par šiem pamatjautājumiem, ir pienācis laiks mums tos izpētīt galvenās ģenētiskā koda iezīmes, ko izveidojis Kriks un viņa kolēģi. Tie ir šādi:

• Kods ir sakārtots tripletos vai kodonos: katrs trīs nukleotīds (kodons vai triplets) kodē aminoskābi.
• Ģenētiskais kods ir deģenerēts: tripletu vai kodonu ir vairāk nekā aminoskābju. Tas nozīmē, ka aminoskābi parasti kodē vairāk nekā viens triplets.
• Ģenētiskais kods nepārklājas: nukleotīds pieder tikai vienam tripletam. Tas ir, konkrēts nukleotīds vienlaikus nav divos kodonos.
• Lasījums ir "bez komatiem": mēs nevēlamies izraisīt pārāk sarežģītu terminoloģiju, tāpēc mēs teiksim, ka starp kodoniem nav "atstarpes".
• Kodola ģenētiskais kods ir universāls: viens un tas pats triplets dažādās sugās kodē to pašu aminoskābi.

Ģenētiskā koda atšķetināšana

Mums jau ir terminoloģiskie pamati un teorētiskie pīlāri. Tagad ir pienācis laiks tos pielietot praksē. Pirmkārt, mēs jums to pateiksim Katrs nukleotīds saņem nosaukumu, pamatojoties uz burtu, un to nosaka slāpekļa bāze, kuru tas rada. Slāpekļa bāzes ir šādas: adenīns (A), citozīns (C), guanīns (G), timīns (T) un uracils (U). Adenīns, citozīns un guanīns ir universāli, savukārt timīns ir raksturīgs tikai DNS, bet uracils - RNS. Ja jūs to redzat, ko, jūsuprāt, tas nozīmē?

KMT

CCU

Ir pienācis laiks atgūt iepriekš aprakstītos noteikumus. CCT ir daļa no DNS ķēdes, tas ir, 3 dažādi nukleotīdi: viens ar citozīna bāzi, otrs ar citozīna bāzi un otrs ar timīna bāzi. Otrajā trekno burtu gadījumā mēs atrodamies kodona priekšā, jo tā ir “taducidated” DNS ģenētiskā informācija (tātad ir uracils, kur agrāk bija timīns) RNS ķēdē.

Tādējādi mēs to varam apstiprināt CCU ir kodons, kas kodē aminoskābi prolīnu. Kā mēs jau teicām iepriekš, ģenētiskais kods ir deģenerēts. Tādējādi aminoskābi prolīnu kodē arī citi kodoni ar dažādiem nukleotīdiem: CCC, CCA, CCG. Tātad aminoskābi prolīnu kodē kopumā 4 kodoni vai tripleti.

Jāatzīmē, ka aminoskābes kodēšanai nav nepieciešami 4 kodoni, bet tas, ka kāds no tiem ir derīgs. Kopumā neaizvietojamās aminoskābes kodē 2,3,4 vai 6 dažādi kodoni, izņemot metionīnu un triptofānu kas atbild tikai uz katru.

• Jūs varētu interesēt: "Triptofāns: šīs aminoskābes īpašības un funkcijas"

Kāpēc tik daudz sarežģītības?

Veiksim aprēķinus. Ja katru kodonu kodētu tikai viens nukleotīds, varētu veidoties tikai 4 dažādas aminoskābes. Tas padarītu olbaltumvielu sintēzi par neiespējamu procesu, jo parasti katru olbaltumvielu veido apmēram 100-300 aminoskābes. Ģenētiskajā kodā ir iekļautas tikai 20 aminoskābes, bet tos var sakārtot dažādos veidos pa "montāžas līniju", lai radītu dažādus proteīnus, kas atrodas mūsu audos.

No otras puses, ja katrs kodons sastāvētu no diviem nukleotīdiem, kopējais iespējamo "diplomātu" skaits būtu 16. Mēs joprojām esam tālu no mērķa. Ja katru kodonu veidotu trīs nukleotīdi (kā tas ir gadījumā), iespējamo permutāciju skaits palielināsies līdz 64. Ņemot vērā, ka ir 20 neaizvietojamās aminoskābes, ar 64 kodoniem ir iespējams katru no tām kodēt un, turklāt, katrā gadījumā piedāvāt dažādas variācijas.

Pielietots izskats

Mums pietrūkst vietas, taču tik daudz informācijas koncentrēt dažās rindās ir patiešām sarežģīti. Sekojiet mums šajā diagrammā, jo mēs jums apsolām, ka visu šo terminoloģisko konglomerātu aizvērt ir daudz vieglāk, nekā šķiet:

CCT (DNS) → CCU (RNS) → Prolīns (ribosoma)

Šī mazā diagramma izsaka: šūnu DNS satur 3 nukleotīdus CCT, taču tā nevar “izteikt” ģenētisko informāciju, jo tā ir izolēta no tās kodolā esošās šūnu iekārtas. Tāpēc RNS polimerāzes ferments ir atbildīgs par DNS nukleotīdu PĀRVIETOŠANU (procesu, kas pazīstams kā transkripcija) RNS nukleotīdos, kas veidos kurjera RNS.

Tagad mums ir CCU kodons ziņojumapmaiņas RNS, kas caur tās porām izies no kodola uz citozolu, kur atrodas ribosomas. Apkopojot, mēs to varam teikt kurjers RNS sniedz šo informāciju ribosomai, kas "saprot", ka aminoskābe prolīns jāpievieno aminoskābju secībai, kas jau izveidota, lai iegūtu specifisku olbaltumvielu.

Kā mēs jau teicām iepriekš, olbaltumvielu veido apmēram 100-300 aminoskābes. Tādējādi jebkuru olbaltumvielu, kas veidojas no 300 aminoskābju kārtas, kopumā kodēs 900 tripleti (300x3) vai, ja vēlaties, 2700 nukleotīdi (300x3x3). Tagad iedomājieties katru burtu katrā no 2700 nukleotīdiem, kaut kas līdzīgs: AAAUCCCCGGUGAUUUUAUAAGG (...) Tieši šī kārtība, šī burtu konglomerācija patiešām ir ģenētiskais kods. Vieglāk, nekā sākotnēji šķita, vai ne?

Turpināt

Ja jūs jautāsiet jebkuram biologam, kurš interesējas par molekulāro bioloģiju, par ģenētisko kodu, jums noteikti būs saruna apmēram 4-5 stundas. Patiesi aizraujoši ir zināt, ka dzīves noslēpums, lai cik nereāli tas varētu šķist, ir ietverts īpašā "vēstuļu" pēctecībā.

Tā, jebkuras dzīvas būtnes genomu var kartēt ar šiem 4 burtiem. Piemēram, saskaņā ar cilvēka genoma projektu visa mūsu sugas ģenētiskā informācija sastāv no 3000 miljoniem bāzes pāri (nukleotīdi), kas atrodami 23 hromosomu pāros visu mūsu kodolu šūnas. Protams, lai cik atšķirīgas būtu dzīvās būtnes, mums visiem ir kopīga “valoda”.

Bibliogrāfiskās atsauces:

• Kāds ir ģenētiskais kods? genotipia.com. Atgūts no: https://genotipia.com/codigo-genetico/
• Asimovs, I., un de la Fuente, A. M. (1982). Ģenētiskais kods (Nr. Sirsi) i9789688561034). Plaza & Janés.
• Ģenētiskais kods, Nacionālais cilvēka genoma izpētes institūts. Atgūts no: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Codigo-genetico
• Ģenētiskais kods: raksturojums un atšifrēšana, Madrides Komplutenses Universitāte (UCM). Atgūts no: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
• Ģenētiskais kods, Khanacademy.org. Atgūts no: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
• Tas ir oficiāli: katrā šūnā ir 42 miljoni olbaltumvielu molekulu, europapress.com. Atgūts no: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
• Lī, T. F. (1994). Cilvēka genoma projekts: dzīves ģenētiskā koda laušana (Nr. Sirsi) i9788474325072).