Genetisk kode: Egenskaper og unntak av genetisk kode

Les denne artikkelen for å lære om den genetiske koden: egenskaper og unntak av genetisk kode

Selv om DNA består av bare fire typer nukleotider, kan sistnevnte plasseres på utallige måter. Således kan en DNA-kjede med kun ti nukleotidlengder ha 4 ¹⁰ eller 1 048 576 typer tråder. Ettersom et enkelt DNA-molekyl har flere tusen nukleotider, kan en grenseløs spesifisitet inkorporeres i DNA'et.

Image Courtesy: wolfson.huji.ac.il/expression/vector/genetic_code.jpg

Det er en intim forbindelse mellom gener og syntese av polypeptider eller enzymer. 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.

Det er ett problem. DNA inneholder bare fire typer nitrogenbaser eller nukleotider mens antall aminosyrer er 20. Det var derfor hypoteset av George Gamow, en fysiker, at triplettkoden (bestående av tre tilstøtende baser for en aminosyre) er operativ. En rekke undersøkelser har bidratt til å dekode den genetiske koden på 1960-tallet, for eksempel Francis HC Crick, Severo Ochoa, Marshal W. Nirenberg, Hargobind Khorana og JH Matthaei.

Severo Ochoa oppdaget polynukleotidfosforylase som kunne polymerisere ribonukleotider for å produsere RNA uten noen mal. Hargobind Khorana utviklet teknikken for å syntetisere RNA-molekyler med veldefinert kombinasjon av baser (homopolymerer og kopolymerer).

Marshall Nirenberg fant ut metoden for proteinsyntese i cellefrie systemer. I 1968 ble Nobelprisen tildelt Holley, Nirenberg og Khorana for arbeidet med genetisk kode og dens arbeid. 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 Matthaei (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) forberedte polymerer av de fire nukleotidene - UUUUUU .. (Polyuridylsyre), CCCCCC ... (Polycytidylsyre), AAAAAA ... (polyadenylsyre) og GGGGGG ... (Polyguanylsyre). Han observert at poly-U stimulerte dannelsen av polyphenylanalin, 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.

4. Khorana (1964) syntetiserte kopolymerer av nukleotider som UGUGUGUG ... 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).

5. Tripletkodonene ble bekreftet av in vivo kodonoppgave gjennom:

(i) aminosyreutskiftingsstudier

(ii) rammeskiftmutasjoner.

6. Langsomt ble alle kodonene utarbeidet (tabell 6.4). Noen aminosyrer er spesifisert av mer enn ett kodon. Kodespråkene til DNA og mRNA er komplementære. Dermed er de to kodonene for fenylalanin UUU og UUC i tilfelle av mRNA mens de er AAA og AAG for DNA. Normalt representerer genetisk kode mRNA-språk. Dette skyldes at cytoplasmatiske bestanddeler kan lese koden fra mRNA og ikke DNA tilstede inne i kjernen.

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 - vanligvis AUG eller metioninkodon og elektrodly GUG eller valinkodon. De har to funksjoner.

3. Stopp Signal:

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

4. Universal kode:

Den genetiske koden er universell, dvs. en kodon spesifiserer 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, f.eks. 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. Polaritet:

Genetisk kode har en polaritet. Koden for mRNA er lest fra 5 '-> 3' retningen.

9. Ikke-overlappende kode:

En nitrogenbase er spesifisert av bare ett kodon.

10. Degeneracy of Code:

Siden det er 64 triplettkodoner og bare 20 aminosyrer, må innlemmingen 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 to (f. Eks. Fenylalanin - UUU, UUC) til seks (f.eks. Arginin - CGU, CGC, CGA, CGG AGA, AGG) kodoner.

Sistnevnte kalles degenerert eller overflødig kodon. I degenererte kodoner, er de to første nitrogenbasene generelt liknende, mens den tredje er forskjellig. Da den tredje nitrogenbasen ikke har noen effekt på kodingen, kalles det samme wobble-posisjon (Wobble hypothesis, Crick, 1966).

11. 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.

12. Cistron-Polypeptid Paritet:

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

unntak:

1. Ulike kodoner:

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

2. Overlappende gener:

ф x 174 har 5375 nukleotider som koder for 10 proteiner som krever mer enn 6000 baser. Tre av sine gener E, В og К overlapper andre gener. Nukleotidsekvensen ved begynnelsen av E-genet er inneholdt i genet D. Likeledes overlapper genet K med gener A og C. En lignende tilstand er funnet 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.