Що таке генетичний код і як він працює?

Незалежно від того, скільки морфологічного різноманіття ми маємо живі істоти, ми всі об’єднані під одним парасолькою: наша основна функціональна одиниця - клітина. Якщо жива істота має клітину, на якій базується вся її морфологічна структура, вона відома як одноклітинна (випадок найпростіші або бактерії), тоді як ті з нас, у кого їх кілька (від кількох сотень до сотень мільярдів), є багатоклітинними істотами.

Таким чином, кожен організм починається з клітини, і, отже, деякі молекулярні утворення, такі як віруси, не вважаються суто «живими» з біологічної точки зору. У свою чергу, дослідження показали, що кожна клітина містить колосальні 42 мільйони молекул білка. Тому не дивно, що 50% ваги сухих живих тканин, за оцінками, складаються виключно з білків.

Чому ми надаємо всі ці, здавалося б, не пов’язані між собою дані? Сьогодні ми прийшли розкрити таємницю життя: генетичний код. Як би загадково це не здавалося на перший погляд, запевняємо вас, що ви одразу зрозумієте це поняття. Річ у цьому - клітини, білки та ДНК. Залишайтеся, щоб дізнатись.

• Пов’язана стаття: "Відмінності між ДНК та РНК"

Що таке генетичний код?

Почнемо чітко і коротко: генетичний код - не що інше, як набір інструкцій, що вказують клітині, як виробляти певний білок. Ми вже говорили в попередніх рядках, що білки є основною структурною одиницею тканин живий, саме тому перед нами не стоїть анекдотичне питання: без білків немає життя, отже простий.

Характеристики генетичного коду були встановлені в 1961 р. Френсісом Криком, Сіднеєм Бреннером та іншими молекулярними біологами, що співпрацюють. Цей термін заснований на ряді приміщень, але спочатку ми повинні пояснити певні терміни, щоб зрозуміти їх. Действуй:

• ДНК: нуклеїнова кислота, що містить генетичні вказівки, що використовуються у розвитку та функціонуванні всіх існуючих живих організмів.
• РНК: нуклеїнова кислота, яка виконує різні функції, включаючи керування проміжними стадіями синтезу білка.
• Нуклеотиди: органічні молекули, які разом створюють ланцюги ДНК і РНК живих істот.
• Кодон або триплет: кожні 3 амінокислоти, що утворюють РНК, утворюють кодон, тобто триплет генетичної інформації.
• Амінокислота: органічні молекули, які в певному порядку дають початок білкам. 20 амінокислот закодовано в генетичному коді.

Основи генетичного коду

Після того, як ми зрозуміли ці самі основні терміни, нам пора дослідити основні особливості генетичного коду, встановлені Криком та його колегами. Це наступне:

• Код організований у триплети або кодони: кожні три нуклеотиди (кодон або триплет) кодують амінокислоту.
• Генетичний код вироджений: триплетів або кодонів більше, ніж амінокислот. Це означає, що амінокислота зазвичай кодується більш ніж одним триплетом.
• Генетичний код не перекривається: нуклеотид належить лише одному триплету. Тобто конкретного нуклеотиду немає в двох кодонах одночасно.
• Читання «без коми»: ми не хочемо брати надто складну термінологію, тому скажемо, що між кодонами немає «пробілів».
• Ядерний генетичний код універсальний: однаковий триплет у різних видів кодує одну і ту ж амінокислоту.

Розгадування генетичного коду

Ми вже маємо термінологічні основи та теоретичні основи. Тепер настав час застосувати їх на практиці. Перш за все, ми вам це скажемо Кожен нуклеотид отримує назву на основі букви, яка зумовлена ​​азотистою основою, яку він представляє. Азотистими основами є аденін (А), цитозин (С), гуанін (Г), тимін (Т) та урацил (У). Аденин, цитозин та гуанін універсальні, тоді як тимін унікальний для ДНК, а урацил - для РНК. Якщо ви бачите це, що, на вашу думку, це означає?:

CCT

ЦКУ

Настав час відновити терміни, описані вище. CCT є частиною ланцюга ДНК, тобто 3 різних нуклеотидів: один з цитозиновою основою, інший з цитозиновою основою і інший з тиміновою основою. У другому випадку напівжирними літерами ми маємо справу з кодоном, оскільки це "тадуцирована" генетична інформація ДНК (отже, там є урацил, де раніше був тимін) у ланцюзі РНК.

Таким чином, ми можемо це підтвердити ЦКУ є кодоном, який кодує амінокислоту пролін. Як ми вже говорили раніше, генетичний код вироджений. Таким чином, амінокислота пролін кодується також іншими кодонами з різними нуклеотидами: CCC, CCA, CCG. Отже, амінокислота пролін кодується в цілому 4 кодонами або триплетами.

Слід зазначити, що це не те, що 4 кодони потрібні для кодування амінокислоти, а те, що будь-який з них є дійсним. Загалом, незамінні амінокислоти кодуються 2,3,4 або 6 різними кодонами, крім метіоніну та триптофану які відповідають лише по одному.

• Вас можуть зацікавити: "Триптофан: характеристики та функції цієї амінокислоти"

Чому так багато складності?

Давайте зробимо розрахунки. Якби кожен кодон кодувався лише одним нуклеотидом, то могли б утворитися лише 4 різні амінокислоти. Це зробило б синтез білка неможливим процесом, оскільки загалом кожен білок складається приблизно з 100-300 амінокислот. До генетичного коду входить лише 20 амінокислот, але вони можуть бути розташовані по-різному вздовж "конвеєра", щоб отримати різні білки, присутні в наших тканинах.

З іншого боку, якби кожен кодон складався з двох нуклеотидів, загальна кількість можливих «диплетів» становила б 16. До мети нам ще далеко. Тепер, якби кожен кодон складався з трьох нуклеотидів (як це буває), кількість можливих перестановок зросла б до 64. Беручи до уваги, що існує 20 незамінних амінокислот, із 64 кодонами можна кодувати кожну з них і, крім того, пропонувати різні варіації в кожному випадку.

Прикладний вигляд

У нас закінчується простір, але насправді складно сконцентрувати стільки інформації в декількох рядках. Слідуйте за нами на наступній схемі, оскільки ми обіцяємо вам, що закрити весь цей термінологічний конгломерат набагато простіше, ніж здається:

CCT (ДНК) → CCU (РНК) → Пролін (рибосома)

Ця невелика діаграма виражає наступне: клітинна ДНК містить 3 нуклеотиди CCT, але вона не може «виражати» генетичну інформацію, оскільки вона ізольована від клітинного механізму в своєму ядрі. Отже, фермент РНК-полімерази відповідає за ТРАНСКРИБУВАННЯ (процес, відомий як транскрипція) нуклеотидів ДНК в нуклеотиди РНК, які утворюватимуть РНК-індуктор.

Тепер ми маємо кодон CCU в РНК-месенджері, який буде рухатися з ядра через його пори до цитозолю, де розташовані рибосоми. Підсумовуючи, можна сказати це messenger РНК передає цю інформацію рибосомі, який "розуміє", що амінокислотний пролін повинен бути доданий до амінокислотної послідовності, яка вже побудована для отримання конкретного білка.

Як ми вже говорили раніше, білок складається приблизно з 100-300 амінокислот. Таким чином, будь-який білок, утворений порядком 300 амінокислот, буде кодований загальною кількістю 900 триплетів (300x3) або, якщо бажаєте, 2700 нуклеотидів (300x3x3). А тепер уявіть кожну з букв у кожному з 2700 нуклеотидів, приблизно так: AAAUCCCCGGUGAUUUAUAAGG (...) Саме ця домовленість, цей конгломерат листів, що насправді є генетичний код. Легше, ніж здавалося спочатку, так?

Резюме

Якщо ви запитаєте будь-якого біолога, який цікавиться молекулярною біологією, про генетичний код, ви, безперечно, будете розмовляти близько 4-5 годин. Дійсно захоплююче знати, що таємниця життя, як би нереально це було, міститься в конкретній послідовності «листів».

Так що, геном будь-якої живої істоти можна відобразити за допомогою цих 4 літер. Наприклад, згідно з проектом людського геному, вся генетична інформація нашого виду складається з 3000 мільйонів пари основ (нуклеотиди), які знаходяться на 23 парах хромосом в ядрі всіх наших клітин. Звичайно, якими б різними не були живі істоти, у всіх нас є спільна «мова».

Бібліографічні посилання:

• Що таке генетичний код? genotipia.com. Відновлено з: https://genotipia.com/codigo-genetico/
• Азімов, І., & de la Fuente, А. М. (1982). Генетичний код (№ Sirsi) i9789688561034). Plaza & Janés.
• Генетичний код, Національний науково-дослідний інститут геному людини. Відновлено з: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Codigo-genetico
• Генетичний код: характеристики та розшифровка, Мадридський університет Комплютенсе (UCM). Відновлено з: https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/08-C%C3%B3digo%20Gen%C3%A9tico-caracter%C3%ADsticas%20y%20desciframiento.pdf
• Генетичний кодекс, Khanacademy.org. Відновлено з: https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/translation/a/the-genetic-code-discovery-and-properties
• Це офіційно: у кожній клітині є 42 мільйони молекул білка, europapress.com. Відновлено з: https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-oficial-hay-42-millones-moleculas-proteina-cada-celula-20180117181506.html
• Лі, Т. Ф. (1994). Проект геному людини: порушення генетичного коду життя (№ Sirsi) i9788474325072).