Čo je to genetický kód a ako funguje?

Bez ohľadu na to, akú morfologickú rozmanitosť máme my, živé bytosti, všetci sme zjednotení pod jednou strechou: našou základnou funkčnou jednotkou je bunka. Ak má živá bytosť bunku, na ktorej je založená celá jej morfologická štruktúra, je známa ako jednobunková (prípad prvoky alebo baktérie), zatiaľ čo tí z nás s niekoľkými (od niekoľkých stoviek do stoviek miliárd) ľudí sú mnohobunkové bytosti.

Každý organizmus teda vychádza z bunky, a preto sa niektoré molekulárne entity, ako napríklad vírusy, z biologického hľadiska nepovažujú za „živé“. Štúdie zase charakterizovali, že každá bunka obsahuje ohromných 42 miliónov bielkovinových molekúl. Preto nie je prekvapujúce, že sa odhaduje, že 50% hmotnosti suchých živých tkanív pozostáva iba z bielkovín.

Prečo poskytujeme všetky tieto zdanlivo nesúvisiace údaje? Dnes prichádzame k odhaleniu tajomstva života: genetický kód. Akokoľvek sa to na prvý pohľad môže zdať záhadné, ubezpečujeme vás, že tento koncept pochopíte okamžite. Ide o bunky, bielkoviny a DNA. Zostaňte zistiť.

• Súvisiaci článok: „Rozdiely medzi DNA a RNA“

Aký je genetický kód?

Začnime jasne a stručne: genetický kód nie je nič iné ako súbor pokynov, ktoré bunke hovoria, ako vyrobiť konkrétny proteín. Už v predchádzajúcich riadkoch sme si povedali, že proteíny sú základnou štrukturálnou jednotkou tkanív nažive, a preto nestojíme pred anekdotickou otázkou: bez bielkovín niet života, takže jednoduché.

Charakteristiky genetického kódu stanovili v roku 1961 Francis Crick, Sydney Brenner a ďalší spolupracujúci molekulárni biológovia. Tento výraz je založený na rade premís, ale najskôr si musíme objasniť určité pojmy, aby sme im porozumeli. Ísť na to:

• DNA: nukleová kyselina, ktorá obsahuje genetické pokyny používané pri vývoji a fungovaní všetkých existujúcich živých organizmov.
• RNA: nukleová kyselina, ktorá vykonáva rôzne funkcie vrátane riadenia medzistupňov syntézy proteínov.
• Nukleotidy: organické molekuly, ktoré spolu vytvárajú DNA a RNA reťazce živých bytostí.
• Kodón alebo triplet: každé 3 aminokyseliny, ktoré tvoria RNA, tvoria kodón, to znamená triplet genetickej informácie.
• Aminokyselina: organické molekuly, ktoré v určitom poradí vytvárajú proteíny. 20 aminokyselín je kódovaných v genetickom kóde.

Základy genetického kódu

Keď si objasníme tieto veľmi základné pojmy, je čas preskúmať ich hlavné črty genetického kódu stanovené Crickom a jeho kolegami. Jedná sa o nasledovné:

• Kód je usporiadaný do tripletov alebo kodónov: každé tri nukleotidy (kodón alebo triplet) kódujú aminokyselinu.
• Genetický kód je zdegenerovaný: existuje viac tripletov alebo kodónov ako aminokyselín. To znamená, že aminokyselina je obvykle kódovaná viac ako jedným tripletom.
• Genetický kód sa neprekrýva: nukleotid patrí iba k jedinému tripletu. To znamená, že špecifický nukleotid nie je v dvoch kodónoch súčasne.
• Čítanie je „bez čiarok“: nechceme vyvíjať príliš zložitú terminológiu, takže povieme, že medzi kodónmi nie sú „medzery“.
• Nukleárny genetický kód je univerzálny: rovnaký triplet v rôznych druhoch kóduje rovnakú aminokyselinu.

Rozlúštenie genetického kódu

Máme už terminologické základy a teoretické piliere. Teraz je čas ich uviesť do praxe. Najskôr vám to povieme Každý nukleotid dostane meno na základe písmena, ktoré je podmienené dusíkatou bázou, ktorú predstavuje. Dusíkatými zásadami sú: adenín (A), cytozín (C), guanín (G), tymín (T) a uracil (U). Adenín, cytozín a guanín sú univerzálne, zatiaľ čo tymín je jedinečný pre DNA a uracil je špecifický pre RNA. Ak to vidíte, čo si myslíte, že to znamená?:

SCS

CCU

Je čas na zotavenie sa z podmienok opísaných vyššie. CCT je súčasťou reťazca DNA, to znamená 3 rôznych nukleotidov: jeden s cytozínovou bázou, druhý s cytozínovou bázou a druhý s tymínovou bázou. V druhom prípade tučným písmom sa nachádzame pred kodónom, pretože ide o „taducidovanú“ genetickú informáciu DNA (teda tam, kde býval tymín, je uracil) v reťazci RNA.

Môžeme to teda potvrdiť CCU je kodón, ktorý kóduje aminokyselinu prolín. Ako sme už povedali, genetický kód je zdegenerovaný. Aminokyselinový prolín je teda kódovaný aj inými kodónmi s rôznymi nukleotidmi: CCC, CCA, CCG. Takže aminokyselina prolín je kódovaná celkovo 4 kodónmi alebo tripletmi.

Je potrebné poznamenať, že na kódovanie aminokyseliny nie sú potrebné 4 kodóny, ale každý z nich je platný. Všeobecne, esenciálne aminokyseliny sú kódované 2,3,4 alebo 6 rôznymi kodónmi, okrem metionínu a tryptofánu ktoré reagujú iba na jedného.

• Mohlo by vás zaujímať: „Tryptofán: vlastnosti a funkcie tejto aminokyseliny“

Prečo toľko zložitosti?

Poďme urobiť výpočty. Keby bol každý kodón kódovaný iba jedným nukleotidom, mohli by sa vytvoriť iba 4 rôzne aminokyseliny. To by znamenalo, že syntéza bielkovín je nemožným procesom, pretože všeobecne je každý proteín tvorený približne 100 - 300 aminokyselinami. Genetický kód obsahuje iba 20 aminokyselín, ale tieto môžu byť usporiadané rôznymi spôsobmi pozdĺž „montážnej linky“, aby vznikli rôzne proteíny prítomné v našich tkanivách.

Na druhej strane, ak by každý kodón pozostával z dvoch nukleotidov, celkový počet možných „diét“ by bol 16. Stále sme ďaleko od bránky. Keby teraz každý kodón pozostával z troch nukleotidov (ako je to v prípade), počet možných permutácií by sa zvýšil na 64. Ak vezmeme do úvahy, že existuje 20 esenciálnych aminokyselín so 64 kodónmi, je možné kódovať každú z nich a naviac ponúkať rôzne varianty.

Aplikovaný vzhľad

Dochádza nám miesto, ale je skutočne zložité sústrediť toľko informácií do niekoľkých riadkov. Nasledujte nás v nasledujúcom diagrame, pretože vám sľubujeme, že uzavretie celého tohto terminologického konglomerátu je oveľa jednoduchšie, ako sa zdá:

CCT (DNA) → CCU (RNA) → prolín (ribozóm)

Tento malý diagram vyjadruje nasledovné: bunková DNA obsahuje 3 nukleotidy CCT, ale nemôže „exprimovať“ genetickú informáciu, pretože je izolovaná z bunkového aparátu v jadre. Enzým RNA polymeráza je preto zodpovedný za TRANSCRIBING (proces známy ako transkripcia) DNA nukleotidov na RNA nukleotidy, ktoré vytvoria mediátorovú RNA.

Teraz máme kodón CCU v messengerovej RNA, ktorá bude putovať z jadra cez jeho póry do cytosolu, kde sa nachádzajú ribozómy. Súhrnne to môžeme povedať messenger RNA dáva tieto informácie ribozómu, ktorý „chápe“, že aminokyselinový prolín musí byť pridaný k už vytvorenej aminokyselinovej sekvencii, aby sa vytvoril špecifický proteín.

Ako sme už povedali, bielkovina sa skladá z približne 100 - 300 aminokyselín. Akýkoľvek proteín tvorený rádovo 300 aminokyselinami bude teda kódovaný celkom 900 tripletmi (300 x 3) alebo, ak chcete, 2 700 nukleotidmi (300 x 3 x 3). Teraz si predstavte každé písmeno v každom z 2 700 nukleotidov, napríklad: AAAUCCCCGGUGAUUUAUAAGG (...) Je to toto usporiadanie, táto konglomerácia písmen, ktorá je v skutočnosti genetický kód. Ľahšie, ako sa spočiatku zdalo, však?

Pokračovať

Ak sa spýtate ktoréhokoľvek biológa so záujmom o molekulárnu biológiu na genetický kód, určite budete mať konverzáciu asi 4 - 5 hodín. Je skutočne fascinujúce vedieť, že tajomstvo života, aj keď sa môže zdať nereálne, je obsiahnuté v konkrétnom slede „písmen“.

Takže genóm akejkoľvek živej bytosti možno zmapovať týmito 4 písmenami. Napríklad podľa projektu ľudského genómu všetky genetické informácie nášho druhu tvoria 3 000 miliónov bázové páry (nukleotidy), ktoré sa nachádzajú na 23 pároch chromozómov v jadre všetkých našich bunky. Samozrejme, bez ohľadu na to, aké odlišné sú živé bytosti, všetci máme spoločný „jazyk“.

Bibliografické odkazy:

• Aký je genetický kód? genotipia.com. Obnovené z: https://genotipia.com/codigo-genetico/
• Asimov, I., & de la Fuente, A. M. (1982). Genetický kód (č. Sirsi) i9789688561034). Plaza & Janés.
• Genetický kód, Národný ústav pre výskum ľudského genómu. Obnovené z: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Codigo-genetico
• Genetický kód: charakteristika a dešifrovanie, Complutense University of Madrid (UCM). Obnovené z: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
• Genetický kód, Khanacademy.org. Obnovené z: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
• Je to oficiálne: v každej bunke je 42 miliónov bielkovinových molekúl, europapress.com. Obnovené z: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
• Lee, T. F. (1994). Projekt ľudského genómu: porušenie genetického kódu života (č. Sirsi) i9788474325072).