Karakteristisk og unntak av genetisk kode - diskuteres!

Karakteristisk og unntak av genetisk kode!

Det er en intim forbindelse mellom gener og syntese av polypeptider eller enzymer. Gener er laget av nukleotider som er arrangert på en bestemt måte. I moderne terminologi refererer et gen til en cistron av DNA. En cistron er laget av et stort antall nukleotider.

Arrangement av nukleotider eller deres nitrogenbaser er forbundet med syntese av proteiner ved å påvirke inkorporeringen av aminosyrer i dem. Forholdet mellom sekvensen av aminosyrer i et polypeptid og en nukleotidsekvens av DNA eller mRNA kalles genetisk kode.

DNA inneholder bare fire typer nitrogenbaser eller nukleotider mens antall aminosyrer er 20. Det ble derfor hypoteset at triplettkoden (bestående av tre tilstøtende baser for en aminosyre) er operativ. De forskjellige undersøkelsene som hjalp med å dechifrere triplettgenetiske koden, er som følger.

1. Crick et al (1961) observerte at deletjon eller tillegg av ett eller to basepar i DNA av T4 bakteriofag forstyrret normal DNA-funksjon. Men da tre basepar ble tilsatt eller slettet, var forstyrrelsen minst.

2. Nirenberg og Mathaei (1961) hevdet at en enkelt kode (en aminosyre spesifisert av en nitrogenbase) kun kan spesifisere 4 syrer (4 ¹ ), en dublettkode kun 16 (4 ² ) mens en trippelkode kan spesifisere opptil 64 aminosyrer ( ⁴³ ). Siden det er 20 aminosyrer, kan en triplettkode (tre nitrogenbaser for en aminosyre) være operativ.

3. Nirenberg (1961) fremstilt polymerer av de fire nukleotidene UUUUUU ... (polyuridylsyre), CCCCCC ... (polycytidylsyre), AAAAAAA ... (polyadenylsyre) og GGGGGGG ... (polyguanylsyre). Han observert at poly-U stimulerte dannelsen av polyphenylalanin, poly-C av polyprolin mens poly-A hjalp til dannelse av polylysin. Imidlertid fungerte ikke poly-G (det dannet trippelstrenget struktur som ikke fungerer i oversettelse). Senere ble det funnet GGG å kode for aminosyre glycin.

Bord. Tildeling av mRNA-kodoner til aminosyrer.

4. Khorana (1964) syntetiserte kopolymerer av nukleotider som UGUGUGUGUG og observerte at de stimulerte dannelsen av polypeptider som vekselvis hadde lignende aminosyrer som cystein-valin-cystein. Dette er bare mulig hvis tre tilstøtende nukleotider spesifiserer en aminosyre (f.eks. UGU) og andre tre den andre aminosyren (f.eks. GUG).

GUG UGU GUG UGU GUG

Val - Cys - Val - Cys - Val

5. Tripletkodonene ble bekreftet ved in vivo kodon-tildeling gjennom (i) aminosyreutbyttestudier (ii) rammeskiftmutasjoner.

6. Langsomt ble alle kodonene utarbeidet. Noen aminosyrer er spesifisert av mer enn ett kodon. Kodespråkene til DNA og mRNA er komplementære. De to kodonene for fenylalanin er således UUU og UUC i tilfelle av mRNA mens de er AAA og A AG for DNA.

Kjennetegn:

1. Tripletkode:

Tre tilstøtende nitrogenbaser utgjør en kodon som spesifiserer plasseringen av en aminosyre i et polypeptid.

2. Start Signal:

Polypeptidsyntese signaleres av to initieringskodoner -AUG eller metioninkodon og GUG eller valinkodon.

3. Stopp Signal:

Polypeptidkjedeavslutning signaliseres av tre termineringskodonene UAA (oker), UAG (rav) og UGA (opal). De spesifiserer ingen aminosyre og kalles derfor også nonsenskodoner.

4. Universal kode:

Den genetiske koden gjelder universelt, dvs. en kodon angir den samme aminosyren fra et virus til et tre eller menneske. Dermed produserer mRNA fra kyllingovrid som er introdusert i Escherichia coli ovalbumen i bakterien, akkurat som den som er dannet i kylling.

5. Ikke-entydige kodoner:

Ett kodon spesifiserer bare en aminosyre og ikke noen andre.

6. Relaterte kodonger:

Aminosyrer med lignende egenskaper har relaterte kodoner, for eksempel aromatiske aminosyrer tryptofan (UGG), fenylalanin (UUC, UUU), tyrosin (UAC, UAU).

7. Nærhet:

Den genetiske koden er kontinuerlig og har ikke pause etter triplettene. Hvis et nukleotid er slettet eller tilsatt, vil hele den genetiske koden lese forskjellig. Således skal et polypeptid som har 50 aminosyrer spesifiseres av en lineær sekvens på 150 nukleotider. Hvis et nukleotid blir tilsatt eller slettet midt i denne sekvensen, vil de første 25 aminosyrene av polypeptid være det samme, men de neste 25 aminosyrene vil være ganske forskjellige.

8. Ikke-overlappende kode:

En nitrogenbase er en bestanddel av bare ett kodon.

9. Degeneracy of Code:

Siden det er 64 triplettkodoner og bare 20 aminosyrer, må innlemmelse av noen aminosyrer påvirkes av mer enn ett kodon. Bare tryptofan (UGG) og metionin (AUG) er spesifisert av enkle kodoner.

Alle andre aminosyrer er spesifisert av 2-6 kodoner. Sistnevnte kalles degenererte kodoner. I degenererte kodoner er de to første nitrogenbasene liknende mens den tredje er forskjellig. Siden den tredje nitrogenbasen ikke har noen effekt på kodingen, kalles det samme wobble-posisjon.

10. Colinearity:

Både polypeptid og DNA eller mRNA har et lineært arrangement av deres komponenter. Videre tilsvarer sekvensen av triplettnukleotidbaser i DNA eller mRNA sekvensen av aminosyrer i polypeptidet som er fremstilt under ledelse av den tidligere. Endring i kodonsekvens frembringer også en lignende forandring i aminosyresekvens av polypeptid.

11. Cistron-Polypeptid Paritet:

Del av DNA kalt cistron (= gen) spesifiserer dannelsen av et bestemt polypeptid. Det betyr at genetisk system skal ha så mange cistrons (= gener) som typene polypeptider som finnes i organismer.

unntak:

1. Ulike kodoner:

I Paramecium og noen andre ciliater terminering kodoner UAA og UGA kode for glutamin.

2. Overlappende gener:

ф xl74 har 5375 nukleotider som kodes for 10 proteiner som krever mer enn 6000 baser. Tre av sine gener E, B og K overlapper andre gener. Nukleotidsekvensen ved begynnelsen av E-genet er inneholdt i genet D. Likeledes overlapper gen K over med gener A og CA tilsvarende tilstand i SV-40.

3. Mitokondrie gener:

AGG og AGA-kode for arginin, men fungere som stoppsignaler i human mitokondrion. UGA, et termineringskodon, tilsvarer tryptofan, mens AUA (kodon for isoleucin) betegner metionin i humane mitokondrier.