รหัสพันธุกรรมคืออะไรและทำงานอย่างไร

ไม่ว่าเราจะมีชีวิตที่มีความหลากหลายทางสัณฐานเพียงใด เราทุกคนก็รวมกันเป็นหนึ่งภายใต้ร่มเดียวกัน: หน่วยการทำงานพื้นฐานของเราคือเซลล์ ถ้าสิ่งมีชีวิตมีเซลล์ที่มีโครงสร้างทางสัณฐานวิทยาทั้งหมดเป็นพื้นฐาน เรียกว่าเซลล์เดียว (กรณีของ โปรโตซัวหรือแบคทีเรีย) ในขณะที่พวกเราที่มีหลายอย่าง (จากไม่กี่ร้อยถึงหลายร้อยพันล้าน) เป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

ดังนั้น ทุกสิ่งมีชีวิตเริ่มต้นจากเซลล์ ดังนั้น โมเลกุลบางอย่าง เช่น ไวรัส จึงไม่ถือว่า "มีชีวิต" อย่างเคร่งครัดจากมุมมองทางชีววิทยา ผลการศึกษาพบว่าแต่ละเซลล์มีโมเลกุลโปรตีนจำนวน 42 ล้านโมเลกุล ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่ 50% ของน้ำหนักของเนื้อเยื่อที่มีชีวิตแห้งจะประกอบด้วยโปรตีนเพียงอย่างเดียว

เหตุใดเราจึงให้ข้อมูลที่ดูเหมือนไม่เกี่ยวข้องทั้งหมดนี้ วันนี้เรามาไขความลับของชีวิต: รหัสพันธุกรรม. แม้อาจดูลึกลับในแวบแรก เรารับรองว่าคุณจะเข้าใจแนวคิดนี้ทันที เรื่องนี้เกี่ยวกับเซลล์ โปรตีน และดีเอ็นเอ อยู่เพื่อหา

บทความที่เกี่ยวข้อง: "ความแตกต่างระหว่าง DNA และ RNA"

รหัสพันธุกรรมคืออะไร?

มาเริ่มกันให้ชัดเจนและรัดกุม: รหัสพันธุกรรมไม่มีอะไรมากไปกว่า ชุดคำสั่งที่บอกเซลล์ถึงวิธีการสร้างโปรตีนจำเพาะ

instagram story viewer

. เราได้พูดไปแล้วในบรรทัดก่อนหน้านี้ว่าโปรตีนเป็นหน่วยโครงสร้างที่สำคัญของเนื้อเยื่อ มีชีวิตอยู่ นั่นคือเหตุผลที่เราไม่ต้องเผชิญกับคำถามเล็ก ๆ น้อย ๆ: หากไม่มีโปรตีนก็ไม่มีชีวิตดังนั้น เรียบง่าย

ลักษณะของรหัสพันธุกรรมก่อตั้งขึ้นในปี 2504 โดยฟรานซิส คริก ซิดนีย์ เบรนเนอร์ และนักชีววิทยาระดับโมเลกุลที่ร่วมมือกันคนอื่นๆ คำนี้มีพื้นฐานมาจากชุดของสถานที่ แต่ก่อนอื่นเราต้องชี้แจงคำศัพท์บางคำให้เข้าใจก่อน ไปเลย:

DNA: กรดนิวคลีอิกที่มีคำสั่งทางพันธุกรรมที่ใช้ในการพัฒนาและการทำงานของสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ทั้งหมด
RNA: กรดนิวคลีอิกที่ทำหน้าที่ต่าง ๆ รวมถึงควบคุมขั้นตอนกลางของการสังเคราะห์โปรตีน
นิวคลีโอไทด์: โมเลกุลอินทรีย์ที่ร่วมกันก่อให้เกิดสายโซ่ DNA และ RNA ของสิ่งมีชีวิต
Codon หรือ triplet: ทุกๆ 3 กรดอะมิโนที่สร้าง RNA จะสร้าง codon นั่นคือข้อมูลทางพันธุกรรมแฝดสาม
กรดอะมิโน: โมเลกุลอินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโปรตีนในลำดับที่แน่นอน กรดอะมิโน 20 ชนิดถูกเข้ารหัสในรหัสพันธุกรรม

พื้นฐานของรหัสพันธุกรรม

เมื่อเราเข้าใจคำศัพท์พื้นฐานเหล่านี้แล้ว ก็ถึงเวลาที่เราจะสำรวจ คุณสมบัติหลักของรหัสพันธุกรรมที่ก่อตั้งโดย Crick และเพื่อนร่วมงานของเขา. เหล่านี้มีดังต่อไปนี้:

รหัสถูกจัดระเบียบเป็นแฝดหรือ codon: ทุก ๆ สามนิวคลีโอไทด์ (codon หรือ triplet) เข้ารหัสกรดอะมิโน
รหัสพันธุกรรมนั้นเสื่อมสภาพ: มีทริปเล็ทหรือโคดอนมากกว่ากรดอะมิโน ซึ่งหมายความว่าโดยปกติแล้วกรดอะมิโนจะถูกเข้ารหัสโดยทริปเปิ้ลมากกว่าหนึ่งตัว
รหัสพันธุกรรมไม่ทับซ้อนกัน: นิวคลีโอไทด์เป็นของแฝดสามตัวเท่านั้น นั่นคือ นิวคลีโอไทด์จำเพาะไม่ได้อยู่ในสอง codon ในเวลาเดียวกัน
การอ่านคือ "ไม่มีเครื่องหมายจุลภาค": เราไม่ต้องการให้มีการใช้คำศัพท์ที่ซับซ้อนเกินไป ดังนั้นเราจะบอกว่าไม่มี "ช่องว่าง" ระหว่าง codon
รหัสพันธุกรรมทางนิวเคลียร์เป็นสากล: แฝดสามตัวเดียวกันในรหัสสปีชีส์ต่างกันสำหรับกรดอะมิโนชนิดเดียวกัน

ไขรหัสพันธุกรรม

เรามีฐานคำศัพท์และเสาหลักทางทฤษฎีอยู่แล้ว ตอนนี้ได้เวลานำไปปฏิบัติแล้ว ก่อนอื่นเราจะบอกคุณว่า นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวจะได้รับชื่อตามตัวอักษร ซึ่งถูกกำหนดโดยฐานไนโตรเจนที่มันนำเสนอ. เบสไนโตรเจนมีดังนี้: adenine (A), cytosine (C), guanine (G), thymine (T) และ uracil (U) Adenine, cytosine และ guanine เป็นสากลในขณะที่ thymine มีลักษณะเฉพาะสำหรับ DNA และ uracil นั้นมีเอกลักษณ์เฉพาะสำหรับ RNA หากคุณเห็นสิ่งนี้ คุณคิดว่าหมายความว่าอย่างไร :

CCT

CCU

ถึงเวลากู้คืนเงื่อนไขที่อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว CCT เป็นส่วนหนึ่งของสายโซ่ DNA นั่นคือนิวคลีโอไทด์ที่แตกต่างกัน 3 ตัว ตัวหนึ่งมีฐานไซโตซีน อีกตัวหนึ่งมีฐานไซโตซีนและอีกตัวมีฐานไทมีน ในกรณีที่สองของตัวอักษรหนา เราอยู่ข้างหน้า codon เนื่องจากเป็นข้อมูลทางพันธุกรรมของ DNA "taducidated" (ดังนั้นจึงมี uracil ที่ซึ่งเคยเป็นไทมีน) ในสาย RNA

ดังนั้นเราจึงสามารถยืนยันได้ว่า CCU เป็นโคดอนที่เข้ารหัสโพรลีนของกรดอะมิโน ดังที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ รหัสพันธุกรรมนั้นเสื่อมลง ดังนั้น โพรลีนของกรดอะมิโนจึงถูกเข้ารหัสโดย codon อื่นที่มีนิวคลีโอไทด์ต่างกัน: CCC, CCA, CCG ดังนั้น โพรลีนของกรดอะมิโนจึงถูกเข้ารหัสด้วยโคดอนหรือแฝดสามทั้งหมด 4 ตัว

ควรสังเกตว่าไม่ใช่ว่าจำเป็นต้องมี 4 codons เพื่อเข้ารหัสสำหรับกรดอะมิโน แต่มีสิ่งใดที่ถูกต้อง โดยทั่วไปแล้ว กรดอะมิโนที่จำเป็นจะถูกเข้ารหัสโดย 2,3,4 หรือ 6 codons ที่แตกต่างกัน ยกเว้นเมไทโอนีนและทริปโตเฟน ที่ตอบคนละอย่างเท่านั้น

คุณอาจสนใจ: "ทริปโตเฟน: ลักษณะและหน้าที่ของกรดอะมิโนนี้"

ทำไมความซับซ้อนมาก?

มาคำนวณกัน ถ้าโคดอนแต่ละตัวถูกเข้ารหัสโดยนิวคลีโอไทด์เพียงตัวเดียว จะสามารถสร้างกรดอะมิโนที่แตกต่างกันได้เพียง 4 ชนิดเท่านั้น นี่จะทำให้การสังเคราะห์โปรตีนเป็นกระบวนการที่เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วโปรตีนแต่ละชนิดประกอบด้วยกรดอะมิโนประมาณ 100-300 ตัว มีกรดอะมิโนเพียง 20 ชนิดเท่านั้นที่รวมอยู่ในรหัสพันธุกรรมแต่สิ่งเหล่านี้สามารถจัดเรียงได้หลายวิธีตาม "สายการประกอบ" เพื่อก่อให้เกิดโปรตีนต่างๆ ที่มีอยู่ในเนื้อเยื่อของเรา

ในทางกลับกัน ถ้าโคดอนแต่ละตัวประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 2 ตัว จำนวน "ไดเพล็ต" ที่เป็นไปได้ทั้งหมดจะเท่ากับ 16 เรายังห่างไกลจากเป้าหมาย ทีนี้ ถ้าโคดอนแต่ละตัวประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สามตัว (ตามกรณี) จำนวนการเรียงสับเปลี่ยนที่เป็นไปได้จะเพิ่มขึ้นเป็น 64 โดยพิจารณาว่ามีกรดอะมิโนที่จำเป็น 20 ชนิด โดยมี 64 codons ให้เพื่อเข้ารหัสแต่ละกรดอะมิโน และเหนือสิ่งอื่นใด มีรูปแบบที่แตกต่างกันในแต่ละกรณี

รูปลักษณ์ประยุกต์

พื้นที่ของเราใกล้จะหมดลงแล้ว แต่การรวบรวมข้อมูลจำนวนมากในสองสามบรรทัดนั้นซับซ้อนจริงๆ ติดตามเราในไดอะแกรมต่อไปนี้ เพราะเราสัญญาว่าการปิดกลุ่มคำศัพท์ทั้งหมดนี้ทำได้ง่ายกว่ามาก:

CCT (DNA) → CCU (RNA) → โพรลีน (ไรโบโซม)

ไดอะแกรมขนาดเล็กนี้แสดงสิ่งต่อไปนี้: DNA ของเซลล์ประกอบด้วย 3 นิวคลีโอไทด์ CCT แต่ไม่สามารถ "แสดง" ข้อมูลทางพันธุกรรมได้ เนื่องจากมันถูกแยกออกจากกลไกของเซลล์ในนิวเคลียส. ดังนั้นเอ็นไซม์ RNA polymerase มีหน้าที่ในการทรานสคริป (กระบวนการที่เรียกว่าการถอดรหัส) นิวคลีโอไทด์ของ DNA ไปเป็น RNA นิวคลีโอไทด์ ซึ่งจะก่อตัวเป็น RNA ของผู้ส่งสาร

ตอนนี้เรามีโคดอน CCU ใน RNA ของผู้ส่งสาร ซึ่งจะเดินทางออกจากนิวเคลียสผ่านรูพรุนไปยังไซโตซอล ซึ่งเป็นที่ตั้งของไรโบโซม โดยสรุปเราสามารถพูดได้ว่า messenger RNA ให้ข้อมูลนี้แก่ไรโบโซมซึ่ง "เข้าใจ" ว่าต้องเติมกรดอะมิโนโพรลีนลงในลำดับกรดอะมิโนที่สร้างไว้แล้วเพื่อก่อให้เกิดโปรตีนจำเพาะ

ดังที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ โปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโนประมาณ 100-300 ตัว ดังนั้น โปรตีนใดๆ ที่เกิดขึ้นจากลำดับของกรดอะมิโน 300 ตัวจะถูกเข้ารหัสโดยทริปเล็ตทั้งหมด 900 ตัว (300x3) หรือโดย 2,700 นิวคลีโอไทด์ (300x3x3) ถ้าคุณต้องการ ทีนี้ ลองนึกภาพตัวอักษรแต่ละตัวในนิวคลีโอไทด์ 2,700 ตัว บางอย่างเช่น: AAAUCCCCGGUGAAUUUAUAAGG (...) เป็นการจัดเรียงนี้ การรวมตัวของตัวอักษร ซึ่งจริงๆ แล้วเป็น รหัสพันธุกรรม ง่ายกว่าที่เห็นในตอนแรกใช่ไหม

เรซูเม่

หากคุณถามนักชีววิทยาที่สนใจชีววิทยาระดับโมเลกุลเกี่ยวกับรหัสพันธุกรรม คุณจะต้องมีการสนทนาประมาณ 4-5 ชั่วโมงอย่างแน่นอน เป็นเรื่องที่น่าสนใจอย่างยิ่งที่รู้ว่าความลับของชีวิตซึ่งดูเหมือนไม่จริงนั้นบรรจุอยู่ใน "จดหมาย" ที่ต่อเนื่องกัน

ดังนั้น, จีโนมของสิ่งมีชีวิตใด ๆ สามารถจับคู่กับตัวอักษร 4 ตัวนี้ได้. ตัวอย่างเช่น ตามโครงการจีโนมมนุษย์ ข้อมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดของสายพันธุ์ของเราประกอบด้วย 3,000 ล้าน คู่เบส (nucleotides) ซึ่งพบได้ในโครโมโซม 23 คู่ภายในนิวเคลียสของเราทั้งหมด เซลล์. แน่นอน ไม่ว่าสิ่งมีชีวิตจะแตกต่างกันอย่างไร เราทุกคนต่างก็มี "ภาษา" ที่เหมือนกัน

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

รหัสพันธุกรรมคืออะไร? genotipia.com. หายจาก: https://genotipia.com/codigo-genetico/
Asimov, I. และ de la Fuente, A. ม. (1982). รหัสพันธุกรรม (No. Sirsi) i9789688561034) พลาซ่า & เจเนส
รหัสพันธุกรรม สถาบันวิจัยจีโนมมนุษย์แห่งชาติ. หายจาก: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Codigo-genetico
รหัสพันธุกรรม: ลักษณะเฉพาะและการถอดรหัส, Complutense University of Madrid (UCM). หายจาก: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
รหัสพันธุกรรม Khanacademy.org หายจาก: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
เป็นทางการ: มีโมเลกุลโปรตีน 42 ล้านโมเลกุลในทุกเซลล์ europapress.com หายจาก: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
ลี, ที. เอฟ (1994). โครงการจีโนมมนุษย์: ทำลายรหัสพันธุกรรมแห่งชีวิต (หมายเลข Sirsi) i9788474325072)