Kod genetyczny to program biologiczny. Dzięki niej sekwencje aminokwasowe białek są kodowane za pomocą odpowiednich sekwencji nukleotydowych. To kodowanie jest potrójne. Oznacza to, że jeden aminokwas odpowiada sekwencji 3 nukleotydów mRNA. Taki triplet nukleotydów nazywany jest kodonem. Tekst biologiczny zapisany w mRNA jest odczytywany przez rybosom. Robi to konsekwentnie. Rozpoczyna się od kodonu inicjacyjnego, czyli początkowego, a następnie przechodzi do innych kodonów. Schemat wyjaśniający przedstawiono poniżej.
Na schemacie litery „a” oznaczają reszty aminokwasowe białka. Jest ich 20 rodzajów. Istnieją 64 rodzaje kodonów, co pokazuje, że nie każdy kodon ma aminokwas. Takie nieznaczące kodony pełnią specjalną funkcję. Są odpowiedzialne za oznaczanie końców łańcuchów białkowych. Nazywa się je kodonami terminacji. Inne kodony odpowiadają niektórym resztom aminokwasów.
Można zatem zauważyć, że rozpatrywany kod jest tripletowy, nie zachodzi na siebie (odczyt następuje sekwencyjnie, kodon po kodonie) i zawiera kodony terminacji i inicjacji.
W jaki sposób specjalistom udało się ustalić zgodność każdej reszty aminokwasowej z określonymi kodonami i określić, które kodony wskazują początek i koniec syntezy łańcucha białkowego? Aby to zrobić, konieczne było przeczytanie 2 równoległych tekstów biologicznych - genomu i aminokwasu odpowiadającego określonemu genowi białka. Ponieważ komórki znają kod, poproszono je o rozpoznanie różnych sekwencji nukleotydów.
Aby to zrobić, wzięliśmy ekstrakty komórkowe, które miały zdolność syntezy białka do RNA, ale nie zawierały enzymów zdolnych do rozszczepiania RNA. Takie ekstrakty nazywane są układem bezkomórkowym.
Ekstrakt uzyskano z bakterii E. coli, a następnie dodano do niego sztuczny RNA, składający się tylko z jednego uracylu. W ten sposób systemowi bezkomórkowemu zadano pytanie: któremu aminokwasowi odpowiada kodon UUU? Okazało się, że odpowiada jej fenyloalanina. Tak więc znaleziono odszyfrowanie kodu. Następnie wykonano odpowiednią translację dla innych aminokwasów.
W pełni odszyfrowany kod genetyczny pokazano poniżej. W środkowym okręgu wskazane są pierwsze nukleotydy kodonów, w drugim kółku - drugie, aw trzecim - trzecie. Na zewnątrz zaznaczono reszty aminokwasowe odpowiadające kodonom.
Film promocyjny:
Obraz kodu genetycznego
Kodony terminacji są oznaczone symbolem TEP. Jakie są symbole kodonów inicjacyjnych? Nie ma takich specjalnych kodonów. W określonych warunkach rolę tę przejmują kodony AUG i GUG. Zwykle odpowiadają metioninie i walinie.
Rysunek wyraźnie pokazuje pewien wzór: któremu kwasowi będzie odpowiadał określony kodon, określają pierwsze 2 nukleotydy. Trzeci nukleotyd nie odgrywa ważnej roli. Główny ładunek spoczywa na dublecie znajdującym się na początku kodonu. Innymi słowy, możemy powiedzieć, że kod jest quasi-dubletem.
Ta główna cecha została zauważona na najwcześniejszym etapie jego dekodowania. Oczywiście niemożliwe jest zakodowanie wszystkich 20 aminokwasów przez dublety, ponieważ liczba dubletów wynosi 16. Zatem trzeci nukleotyd w kodonie niesie pewien ładunek semantyczny.
Istnieje jednak uniwersalna zasada polegająca na tym, że 4 nukleotydy - adenina, cytozyna, guanina i uracyl w swojej strukturze są połączone w 2 różne klasy. Są to pirymidyna (U i C) i puryna (A i D).
Stąd reguła degeneracji kodu jest sformułowana w następujący sposób: jeśli 2 kodony z 2 identycznymi pierwszymi nukleotydami, a trzeci należą do tej samej klasy (puryna lub pirymidyna), to kodują ten sam aminokwas.
Rysunek pokazuje, że zasada jest ściśle przestrzegana. Ale są od tego 2 wyjątki. Kodon AUA odpowiada izoleucynie, a nie metioninie. Kodon UGA sygnalizuje koniec syntezy i teoretycznie powinien był odpowiedzieć na tryptofan. To są niespodzianki, które ma kod genetyczny. Trzeba je brać pod uwagę i jednocześnie trzeba rozumieć, że dana reguła jest uniwersalna.
Wiaczesław Markin