Czym jest kod genetyczny i jak działa?

Bez względu na to, jak dużą różnorodność morfologiczną prezentujemy w żywych istotach, wszyscy jesteśmy zjednoczeni pod tym samym parasolem: naszą podstawową jednostką funkcjonalną jest komórka. Jeśli żywa istota ma komórkę, na której opiera się cała jej struktura morfologiczna, nazywa się ją jednokomórkową (przypadek pierwotniaki lub bakterie), podczas gdy ci z nas z kilkoma (od kilkuset do setek miliardów) są istotami wielokomórkowymi.

Tak więc każdy organizm zaczyna się od komórki i dlatego niektóre jednostki molekularne, takie jak wirusy, nie są uważane za „żywe” z biologicznego punktu widzenia. Z kolei badania wykazały, że każda komórka zawiera aż 42 miliony cząsteczek białka. Dlatego nie jest zaskakujące, że szacuje się, że 50% masy suchych żywych tkanek składa się wyłącznie z białek.

Dlaczego udostępniamy te wszystkie pozornie niepowiązane dane? Dziś dochodzimy do rozwikłania tajemnicy życia: kod genetyczny. Choć na pierwszy rzut oka może się to wydawać tajemnicze, zapewniamy, że natychmiast zrozumiesz tę koncepcję. Chodzi o komórki, białka i DNA. Zostań, aby się dowiedzieć.

• Powiązany artykuł: „Różnice między DNA a RNA”

Jaki jest kod genetyczny?

Zacznijmy jasno i zwięźle: kod genetyczny to nic innego jak zestaw instrukcji, które mówią komórce, jak zrobić konkretne białko. Powiedzieliśmy już w poprzednich wierszach, że białka są podstawową jednostką strukturalną tkanek żyje, dlatego nie stoimy przed anegdotycznym pytaniem: bez białek nie ma życia, więc prosty.

Charakterystyka kodu genetycznego została ustalona w 1961 roku przez Francisa Cricka, Sydneya Brennera i innych współpracujących biologów molekularnych. Termin ten opiera się na szeregu przesłanek, ale najpierw musimy doprecyzować pewne pojęcia, aby je zrozumieć. Idź po to:

• DNA: kwas nukleinowy, który zawiera instrukcje genetyczne używane w rozwoju i funkcjonowaniu wszystkich istniejących organizmów żywych.
• RNA: kwas nukleinowy pełniący różne funkcje, w tym kierujący pośrednimi etapami syntezy białek.
• Nukleotydy: cząsteczki organiczne, które razem tworzą łańcuchy DNA i RNA istot żywych.
• Kodon lub tryplet: każde 3 aminokwasy tworzące RNA tworzą kodon, czyli tryplet informacji genetycznej.
• Aminokwasy: cząsteczki organiczne, które w określonej kolejności prowadzą do powstania białek. W kodzie genetycznym zakodowanych jest 20 aminokwasów.

Podstawy kodu genetycznego

Gdy już wyjaśnimy te bardzo podstawowe terminy, nadszedł czas, abyśmy się zgłębili główne cechy kodu genetycznego, ustalone przez Cricka i jego współpracowników. Są to:

• Kod jest zorganizowany w tryplety lub kodony: każde trzy nukleotydy (kodon lub tryplet) kodują aminokwas.
• Kod genetyczny jest zdegenerowany: jest więcej trojaczków lub kodonów niż aminokwasów. Oznacza to, że aminokwas jest zwykle kodowany przez więcej niż jeden tryplet.
• Kod genetyczny nie nakłada się: nukleotyd należy tylko do jednego trypletu. Oznacza to, że określony nukleotyd nie znajduje się jednocześnie w dwóch kodonach.
• Czytanie jest „bez przecinków”: nie chcemy narażać się na zbyt skomplikowaną terminologię, więc powiemy, że między kodonami nie ma „spacji”.
• Jądrowy kod genetyczny jest uniwersalny: ta sama trójka w różnych gatunkach koduje ten sam aminokwas.

Odkrywanie kodu genetycznego

Mamy już podstawy terminologiczne i filary teoretyczne. Teraz nadszedł czas, aby wprowadzić je w życie. Przede wszystkim powiemy Ci, że Każdy nukleotyd otrzymuje nazwę opartą na literze, która jest uwarunkowana przez zawartą w nim zasadę azotową. Zasady azotowe to: adenina (A), cytozyna (C), guanina (G), tymina (T) i uracyl (U). Adenina, cytozyna i guanina są uniwersalne, podczas gdy tymina jest unikalna dla DNA, a uracyl jest unikalny dla RNA. Jeśli to widzisz, jak myślisz, co to znaczy?:

CCT

CCU

Czas odzyskać warunki opisane powyżej. CCT jest częścią łańcucha DNA, czyli 3 różnych nukleotydów: jeden z zasadą cytozyny, drugi z zasadą cytozyny i inny z zasadą tyminy. W drugim przypadku pogrubionych liter znajdujemy się przed kodonem, ponieważ jest to „określona” informacja genetyczna DNA (stąd istnieje uracyl tam, gdzie kiedyś była tymina) w łańcuchu RNA.

W ten sposób możemy to potwierdzić CCU jest kodonem, który koduje aminokwas prolinę. Jak powiedzieliśmy wcześniej, kod genetyczny jest zdegenerowany. Tak więc aminokwas prolina jest również kodowana przez inne kodony o różnych nukleotydach: CCC, CCA, CCG. Tak więc aminokwas prolina jest kodowana przez łącznie 4 kodony lub tryplety.

Należy zauważyć, że nie chodzi o to, że 4 kodony są potrzebne do kodowania aminokwasu, ale o to, że każdy z nich jest ważny. Ogólnie, niezbędne aminokwasy są kodowane przez 2,3,4 lub 6 różnych kodonów, z wyjątkiem metioniny i tryptofanu które odpowiadają tylko na jedną osobę.

• Możesz być zainteresowany: „Tryptofan: charakterystyka i funkcje tego aminokwasu”

Skąd tyle złożoności?

Zróbmy obliczenia. Gdyby każdy kodon był kodowany tylko przez jeden nukleotyd, można by utworzyć tylko 4 różne aminokwasy. To spowodowałoby, że synteza białek byłaby niemożliwym procesem, ponieważ ogólnie każde białko składa się z około 100-300 aminokwasów. Kod genetyczny zawiera tylko 20 aminokwasów, ale mogą one być rozmieszczone na różne sposoby wzdłuż „linii montażowej”, aby dać początek różnym białkom obecnym w naszych tkankach.

Z drugiej strony, gdyby każdy kodon składał się z dwóch nukleotydów, całkowita liczba możliwych „dipletów” wynosiłaby 16. Wciąż daleko nam do celu. Teraz, gdyby każdy kodon składał się z trzech nukleotydów (tak jak w przypadku), liczba możliwych permutacji wzrosłaby do 64. Biorąc pod uwagę, że istnieje 20 aminokwasów egzogennych, z 64 kodonami daje to możliwość zakodowania każdego z nich, a przede wszystkim oferowanie różnych wariacji w każdym przypadku.

Zastosowany wygląd

Kończy nam się miejsce, ale skoncentrowanie tak dużej ilości informacji w kilku linijkach jest naprawdę skomplikowane. Podążaj za nami na poniższym schemacie, ponieważ obiecujemy, że zamknięcie całego tego konglomeratu terminologicznego jest znacznie prostsze niż się wydaje:

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

Ten mały diagram przedstawia co następuje: DNA komórkowe zawiera 3 nukleotydy CCT, ale nie może „wyrażać” informacji genetycznej, ponieważ jest izolowane z maszynerii komórkowej w swoim jądrze. Dlatego enzym polimeraza RNA jest odpowiedzialny za TRANSKRYBOWANIE (proces znany jako transkrypcja) nukleotydów DNA na nukleotydy RNA, które utworzą informacyjny RNA.

Teraz mamy kodon CCU w informacyjnym RNA, który przemieści się z jądra przez pory do cytozolu, gdzie znajdują się rybosomy. Podsumowując, możemy powiedzieć, że informacyjne RNA przekazuje tę informację rybosomowi, który „rozumie”, że aminokwas prolina musi być dodana do już zbudowanej sekwencji aminokwasowej, aby dać początek specyficznemu białku.

Jak powiedzieliśmy wcześniej, białko składa się z około 100-300 aminokwasów. Zatem każde białko utworzone z rzędu 300 aminokwasów będzie kodowane przez łącznie 900 trojaczków (300x3) lub, jeśli wolisz, przez 2700 nukleotydów (300x3x3). Teraz wyobraź sobie każdą literę w każdym z 2700 nukleotydów, coś takiego: AAAUCCCCGGUGAUUUUAUAAGG (...) To właśnie ten układ, ten zlepek liter jest tak naprawdę kod genetyczny. Łatwiej niż się wydawało, prawda?

Wznawianie

Jeśli zapytasz o kod genetyczny jakiegoś biologa zainteresowanego biologią molekularną, na pewno będziesz miał rozmowę przez około 4-5 godzin. To naprawdę fascynujące wiedzieć, że tajemnica życia, choć może się wydawać nierzeczywista, zawarta jest w określonej kolejności „liter”.

Po to aby, genom każdej żywej istoty można zmapować za pomocą tych 4 liter. Na przykład, zgodnie z projektem genomu ludzkiego, cała informacja genetyczna naszego gatunku składa się z 3 000 milionów pary zasad (nukleotydy), które znajdują się na 23 parach chromosomów w jądrze wszystkich naszych komórki. Oczywiście, bez względu na to, jak różne są żywe istoty, wszyscy mamy wspólny „język”.

Odniesienia bibliograficzne:

• Jaki jest kod genetyczny? genotipia.com. Wyzdrowiał z: https://genotipia.com/codigo-genetico/
• Asimov, I. i de la Fuente, A. M. (1982). Kod genetyczny (nr Sirsi) i9789688561034). Plaza i Janés.
• Kod genetyczny, Narodowy Instytut Badań nad Genomem Człowieka. Wyzdrowiał z: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Codigo-genetico
• Kod genetyczny: charakterystyka i rozszyfrowanie, Uniwersytet Complutense w Madrycie (UCM). Wyzdrowiał z: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
• Kod genetyczny, Khanacademy.org. Wyzdrowiał z: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
• To oficjalne: w każdej komórce znajdują się 42 miliony cząsteczek białka, europapress.com. Wyzdrowiał z: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
• Lee, T. FA. (1994). Projekt genomu ludzkiego: złamanie kodu genetycznego życia (nr Sirsi) i9788474325072).